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KDS關于振蕩電路的討論方法

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瀏覽：- 發布日期：2024-01-05 09:16:59【大中小】

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KDS關于振蕩電路的討論方法

1 .關于振蕩電路

石英振子是無源部件，無源晶振，因此會受到電源電壓、環境溫度、電路結構、電路常數、基板的布線圖案等的影響。大致分為正常動作和異常動作兩種。因此，設計振蕩電路時，前提條件是使石英振子穩定且可靠地振蕩。確認后，將討論頻率精度、頻率的可變量、調制度、振蕩開始時間、振蕩波形等以下項目。

2 .零部件的作用和大致標準的數值

圖-1

設計振蕩電路時，需要認識各個部件的作用。因此，使用通用C-MOS IC (東芝制74HCU04AP )的振蕩電路(圖-1)為例，表-1向說明各自的作用。

表-1因此，在未安裝反饋電阻( Rf )的情況下，即使對振蕩電路施加電源，振子也不會開始振蕩。另外，如果不連接適當值的電阻，則可能無法以正規的振動模式進行振蕩，從而產生諧波振蕩或基波振蕩。一般來說，基波振子( MHz頻帶)的情況下為1MΩ，諧波振子( MHz頻帶)的情況下，數值根據IC的特性和頻率而不同，但在數kω~數十kω的范圍內。音叉型振子( kHz頻段)時，需要連接10MΩ或以上的電阻。

表-1

零件編號	各部件的名稱	作用
射頻	返回	從振蕩級逆變器輸出側反饋電流及信號，繼續振子的振蕩。根據振蕩次數不同，值會發生變化。
Rd	限制阻力	控制流入振子的電流，調整負電阻和激勵電平，防止振子的異常振蕩和抑制頻率變動。
C1、C2	外置電容器	調整負電阻、激勵電平、振蕩頻率。另外，設定為任意的負載容量。

限制電阻( Rd )的合適值因振子的類型、頻帶以及外置電容器( C1、C2 )的值而異。準確的數值是在測量振蕩電路的特性(負電阻、激勵電平、其他)后決定的。 AT切振子( MHz頻帶)的標準為百ω臺~幾kω臺，音叉型振子( kHz頻帶)的標準為100kΩ~幾百kω。

外置電容器的最佳值因振子的類型、頻帶、限制電阻的值及振蕩次數而異，大致為3pF~33pF左右。

3 .振蕩電路的討論項目及方法

振蕩頻率的測定

貼片晶振需要用正確的測量方法測量安裝，在電路上的振子的振蕩頻率的真值。振蕩頻率的測量一般使用探針和頻率計數器，但如何減少測量工具的影響進行測量是關鍵。

頻率測量方法存在3種模式，請參閱下圖(圖-2、圖-3、圖-4)來上載修改后的文件。最準確的測量方法是使用能夠以非接觸方式測量振蕩電路的頻譜分析儀。
圖-2將振蕩電路的輸出輸入到下一級反相器，測量來自緩沖器的輸出，因此不受探針的影響。
圖-3因為是從IC測量緩沖輸出(1/1、1/2等)，所以不受探針的影響。
圖-4在沒有來自集成電路的緩沖輸出的情況下，通過在輸出點(集成電路的XTAL OUT引腳)和探針之間插入3pF以下的小電容器進行測量，將探針的影響降到最低。
但是，由于該方法會減小輸出波形，因此即使在示波器上能夠確認振蕩波形，根據頻率計數器的靈敏度不同，有時也無法進行測量。此時，請使用放大器等進行測量。

圖-2

圖-3

圖-4

圖-5

另外，振蕩頻率因測量位置而異。
①測量緩沖輸出時
②測量振蕩段的輸出時
③通過電容器測量振蕩段的輸出時

圖-5表示在上述3個地方的測量，在緩沖輸出以外，由于探針的影響而測量的頻率顯示為較低。

4 .負電阻測量

為了確認振蕩電路有多少振蕩馀量而進行的測量，根據得到的數值來預測振蕩的穩定度。圖-6所示，在振子上串聯連接電阻( r )，增大值后，超過某個電阻值時振子將不再振蕩。即將不再振蕩之前的電阻值為負電阻的值。

圖-6

【注意事項】注意事項如下。

- - 根據振蕩頻率的測量點，使用示波器根據有無振蕩波形進行判斷。
  - 確認使用電壓范圍的最小值也能充分確保。
  - 相對于常溫下的測量結果，改變溫度進行確認。
    (根據使用溫度范圍，分別使用吹風機、驟冷劑、恒溫槽等)
  - 以能否確保為所用振子的串聯電阻標準值的5倍以上為標準。

※但是，這些標準值可能會有所變更，恕不另行通知。

5 .激勵水平測量

測量在使用的振蕩電路中，振子工作時消耗的功率。圖-7如所示，使用電流探針測量流入振子的電流( I )。 (本公司使用P6022/Tektronix公司制造)

雖然可以用其他方法進行測量，但使用探針接觸的方法時，電流會從探針流入GND，因此無法獲得真值。

圖-7

計算公式
計算公式DL (激勵等級: w ) =i2×R1 i(A ) :電流(有效值) R1(Ω) :振子的串聯電阻

【注意事項】

振子正常動作的最大值因振子的形狀、振蕩模式而異，詳情請咨詢本公司。

6 .異常振蕩的確認

在使用的振蕩電路中，確認振子有無可能以正常振蕩模式以外的模式振蕩。

高振蕩模式(從基波向3rd .泛音振蕩的容易度)的簡易確認方法是，圖-9如所示，石英晶振，振子的振蕩模式為基波時，即使在用水輕輕濕潤的手指捏住振子的引腳( 2根)的狀態下關閉→打開電源后再放開手指，如果示波器的波形沒有進行3rd .諧波振蕩，也可以判斷為沒有異常振蕩的可能性。

相反，即使放開手指，如果示波器波形發生3rd .泛音振蕩，也可以判斷有可能發生異常振蕩。用水濕潤手指進行確認是因為在振子端子之間形成了小的電阻，圖-8這是為了減小中的電路圖的Rf，使高頻域的振蕩變得容易。

圖-8

沒有問題的情況

有問題時

圖-9

7 .振蕩電路引起的不良癥狀及其對策示例

在設計晶體振蕩電路時，可能會出現各種不良癥狀。

例如，

- 1. 實機中的頻率精度非常嚴格，但無法控制在所需的頻率范圍內。
  2. 雖然是調整頻率的電路，但是不能調整頻率。
  3. 出現正規頻率的約1/3或約3倍的頻率。
  4. 啟動電源時振子的振蕩開始時間非常慢。
  5. 振子不振蕩，或者到開始振蕩為止的時間很長。

等各種癥狀。

因此，為了不發生這樣的癥狀，至少需要針對上述振蕩電路研究基本項目。在此，如果為了解決故障癥狀而不需要變更振子的規格時，可以比較簡單地在電路側采取對策。（表-2參照)

但是，即使故障癥狀得到改善，很多情況下其他振蕩電路的特性也無法滿足，有時也會產生其他故障，因此需要本公司對電路進行研究。另外，對于即使嘗試了對策事例也無法解決的情況，如果有需求的話，我們公司會進行討論，請與營業負責人聯系。

表-2

不良反應	原因	對策一例
頻率偏移	振子的負載容量與振蕩電路的負載容量不匹配。	變更電路常數( C1、C2 )。
頻率偏移	振子的負載容量與振蕩電路的負載容量不匹配。	變更振子的負載容量。
頻率不可調	基于微調電容器的頻率可變量不足。	減小微調電容器和固定電容器的容量。
以正規頻率約3倍的頻率振蕩	沒有達到與振子的振蕩次數相符的電路常數。	增大反饋電阻( Rf )的值。
		插入限制電阻( Rd )。
		增大外置電容器( C1、C2 )的值。
以正規頻率約1/3的頻率振蕩	沒有達到與振子的振蕩次數相符的電路常數。	減小反饋電阻( Rf )的值。
		減小限制電阻( Rd )的值。
		減小外置電容器( C1、C2 )的值。
振子不振蕩	電路的負電阻沒有裕度。	減小限制電阻( Rd )的值。
振子啟動時間長	電路的負電阻沒有裕度。	減小外置電容器( C1、C2 )的值。

品牌	原廠代碼	型號	尺寸	頻率	負載/電壓	精度
KDS晶振	1TJH125DR1A0004	DST1610A	1610	32.768KHz	12.5PF	20PPM
KDS晶振	TJF080DP1AA003	DST310S	3215	32.768KHz	8PF	20PPM
KDS晶振	1TJF080DP1AA003	DST310S	3215	32.768KHz	8PF	20PPM
KDS晶振	1TJF0SPDJ1AI00S	DST310S	3215	32.768KHz	10.0PF	20PPM
KDS晶振	1TJF080DP1AI00P	DST310S	3215	32.768KHz	8PF	20PPM
KDS晶振	1TJF090DP1AI007	DST310S	3215	32.768KHz	9PF	20PPM
KDS晶振	1TJF0SPDP1AI008	DST310S	3215	32.768KHz	10.0PF	20PPM
KDS晶振	1TJF125DP1AI009	DST310S	3215	32.768KHz	12.5PF	20PPM
KDS晶振	1TJF090DP1AA00L	DST310S	3215	32.768KHz	9PF	20PPM
KDS晶振	1TJF080DP1AA00K	DST310S	3215	32.768KHz	8PF	20PPM
KDS晶振	1TJF0SPDP1AA00G	DST310S	3215	32.768KHz	10.0PF	20PPM
KDS晶振	1TJF0SPDN1A000B	DST310S	3215	32.768KHz	10.0PF	20PPM
KDS晶振	1TD125DGNS003	DT-26	2*6	32.768KHz	12.5PF	20PPM
KDS晶振	1TD125DHNS036	DT-26	2*6	32.768KHz	12.5PF	20PPM
KDS晶振	1TD125DHNS002	DT-26	2*6	32.768KHz	12.5PF	20PPM
KDS晶振	1TD060DHNS014	DT-26	2*6	32.768KHz	6.0PF	20PPM
KDS晶振	1TD125BHNS001	DT-26	2*6	32.768KHz	12.5PF	10PPM
KDS晶振	1TD075BHNS001	DT-26	2*6	32.768KHz	7.5PF	10PPM
KDS晶振	1TD125BFNS001	DT-26	2*6	32.768KHz	12.5PF	10PPM
KDS晶振	1TD1001HNS001	DT-26	2*6	32.768KHz	10.0PF	-6/+2PPM
KDS晶振	1TD1250HNS005	DT-26	音叉晶振	32.768KHz	12.5PF	30/40P
KDS晶振	1TC125DFNS030	DT-38	3*8	32.768KHz	12.5PF	20PPM
KDS晶振	1TC125NFNS002	DT-38	3*8	32.768KHz	12.5PF	1000PPM
KDS晶振	1TC125AFSS003	DT-38	3*8	32.768KHz	12.5PF	5PPM
KDS晶振	1TC250E65	DT-38	3*8	32.768KHz	12.5PF	+12/+28PPM
KDS晶振	1C240000AB0G	DSX321G	3225	40.000M	10PF	10PPM
KDS晶振	1C241600CDAA	DSX321G	3225	41.6M	10PF	30PPM
KDS晶振	1AJ043324C	SMD-49	11*4.6	4.332M	12PF	20PPM
KDS晶振	1ZZNAE26000AB0J	DSX211SH	2016	26.000M	7PF	10PPM
KDS晶振	1AJ17408AAGA	SMD-49	11*4.6	17.408M	16PF	50PPM
KDS晶振	1AJ250004B	SMD-49	11*4.6	25.000M	20PF	30PPM
KDS晶振	1ZZCAA24000BE0B	DSX211G	2016	24.000M	10PF	20PPM
KDS晶振	1N227000BB0AK	DSX321G	3225	27.000M	11PF	12PPM
KDS晶振	1N230000AB0C	DSX321G	3225	30.000M	10PF	30PPM
KDS晶振	1N240000AB0J	DSX321G	3225	40.000M	15PF	15PPM
KDS晶振	1XSE098304AR2	DSO321SR	3225	98.304M	3.3V	50ppm
KDS晶振	1AJ100005B	SMD-49	11*4.6	10.000M	12PF	50PPM
KDS晶振	1ZN326000AB0A	DSX221SH	2520	26.000M	7PF	10PPM
KDS晶振	1AJ240006AEA	SMD-49	11*4.6	24.000M	16PF	50PPM
KDS晶振	1AJ240006AK	SMD-49	11*4.6	24.000M	16PF	30PPM
KDS晶振	1AJ240006BB	SMD-49	11*4.6	24.000M	16PF	30PPM
KDS晶振	1AJ245765C	SMD-49	11*4.6	24.576M	18PF	30PPM
KDS晶振	ZC08759	DSO211AH	2016	25.000M	3.3V	50ppm
KDS晶振	1AR270002GA	SMD-49	11*4.6	27.000M	12.9PF	20PPM
KDS晶振	1AR304002A	SMD-49	11*4.6	30.400M	12PF	50ppm
KDS晶振	1XXD16367MAA	DSB211SDN	2016	16.367M	3.3V	1.5ppm
KDS晶振	ZC12467	DSA211SDN	2016	16.32M	3.3V	1.5ppm
KDS晶振	1XXB16367MAA	DSB221SDN	2520	16.367M	2.8V	1.5ppm
KDS晶振	1XXB16369JFA	DSB221SDN	2520	16.369M	3.3V	1.5ppm
KDS晶振	ZC09382	DSA535SG	5032	18.432M	3.3V	1.5ppm
KDS晶振	ZC12456	DSB211SDN	2016	16.320M	3.3V	1.5ppm
KDS晶振	1ZNA32000BB0B	DSX221G	2520	32.000M	12PF	15ppm
KDS晶振	ZC12965	DSA321SDN	3225	23.04M	3.3V	1.5ppm

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4 .負電阻測量

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5 .激勵水平測量

【注意事項】

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