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晶振电容匹配错误的“悲剧”


 一个完整的晶体谐振器由以下参数组合而成,振荡频率,频率误差,频率偏差,负载电容,工作温度,封装尺寸。在电路中,容易让人混淆的即是负载电容。因晶体谐振器外部接有电容电阻等电子元器件,而电容的单位为PF,晶体谐振器自身有负载电容,即是用来与外部电容匹配的,晶体的负载电容单位也为PF,因此在工程师选型中,容易忽略晶体的负载电容,从而在采购之时,将外部电容值告知供应商。如此,电容值匹配错误会引起哪些问题呢?

网友的烦恼:

   之前在做一块电路板的时候遇到这样一个问题:当时公司需要设计一款通信类产品,暂时命名为A系统。A系统硬件设计完成以后,调试过程发现晶体无法正常振荡。但是时钟电路是已经被验证过的成熟设计。硬件设计找不到原因,最终找到一种妥协的办法:在编写软件的时候调整了晶振起振的等待时间,板子终于开始正常工作了。就这样,软硬件调试完毕以后,正式交予生产部门投产。几个月之后,售后服务人员反映,同一个晶体在A系统不容易起振,而该晶振换到其他类型设备上又能够正常工作,因此考虑A系统本身的设计问题。问题被反馈到开发部门,经过严格的测试并结合产品设计过程发现的问题总结现象如下:

  1. A系统换用其他晶体后可以正常振荡

  2. 其他系统换用A系统的晶体后可以正常振荡

  3. A系统振荡幅度较其他系统小。A系统大约VPP为1.8V,其他系统为3.3V

  4. A系统起振时间较长

   最终经过核实,发现是匹配电容焊接错误。下发至生产部门的器件清单中的匹配电容标注为220,即22p,生产部门误以为是220p,焊接元器件错误,导致了以上问题的发生。在瑞泰看来,容易将晶振外部电容与晶振电容相互混淆,并不是第一次听闻了,如若遇到参数模糊不清,建议咨询公司内部工程师。
基于以上的问题,在今后的设计中,外部电容值与晶体自身电容值一定要区分开。此外,晶体的匹配电容还有如下一些需要注意的地方:

  1. 一般情况下,增大晶体的负载电容将会使晶体振荡频率下降

  2. 负载电容越大,其振荡越稳定,但是会增加起振时间

  3. 当晶体振荡器的波形出现削峰、畸变时,这一般是由于过驱动导致,可以通过串联一个负载电阻解决,电阻值一般在几十k到几百k。

  4. 如果要稳定波形,则可以通过并联一个1M到10M的反馈电阻。

在瑞泰看来,容易将晶振外部电容与晶振电容相互混淆,并不是第一次听闻了,如若遇到参数模糊不清,建议咨询公司内部工程师。


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