晶振电路设计及案例分享

1、讲解内容:?晶振原理及分类? 晶振电路分析?设计中注意事项 ?案例分享晶振匹配电路原理分析案例分享预期目的?掌握振荡电路的原理， 了解电路元器件的作用?掌握时钟电路的设计。?掌握时钟电路的调测和 问题定位。主讲人：杨万里振荡电路及振荡器?什么是振荡电路能产生大小和方向都随周期变化的电流的电路?振荡器与有源晶振” 有源晶振是振荡器的一种?晶振选频特性很出色谐振频率（特性频率），谐振时损耗为 0 （或最 小） 对谐振频点的信号衰减为 0 （或最小 （阻抗最小）。概念互通器件的品质因数是如何定义的？高频电路中如何 正确选择电感？晶振的分类?按照振荡模式，晶体可分为基频晶体和泛音晶体。?其他分类方式此

2、处不讨论。?为什么会有泛音晶体?基频晶体和泛音晶体相对来说哪种的输出时钟更 加稳定？4晶体的等效电路及说明晶体的等效电路及说明晶体的等效电路及说明R等效 阻，表 中的能 -对芯动态电 述振荡过程 量损耗-片端的驱C0:静态（未工作 晶片两极板之间的等小 电容。时）、O?芯片负阻应 的6倍左动能力小值限制量 化（R越小越容易 起振， 该是R 右？）晶体的等效电路及说明R等效动态电 阻，表述振荡过程 中的能量损耗 -对芯片端的驱 动能力. 化（ R 起振， 该是R 右？）动态电小值限制量 宓小越容易 芯片负阻应 的6倍左C0:静态（未工作时 晶片两极板之间的等小 电容。L:表示晶 片振动时 的惯性

3、晶振的等效电路及说明R等效动态电 阻，表述振荡过程 中的能量损耗 -对芯片端的驱 动能力. 化（ R 起振，C0静态（未工作时？晶片两极板之间的等小 电容该是R右？）小值限制量 宓小越容易 芯片负阻应 的 6倍左？。C:表示晶片 振动时的弹性L:表示晶 片振动时晶体的等效电路及说明手接触到晶体金属外壳会影响晶振的振荡频率，是如何变化 的？如何更加准确的测量晶振的频偏？晶体的Q值为什么很高？什么是负阻？通常说的晶振（Crys）I严格的讲应该称为晶体；晶体在时 钟电路中的作用究竟是什么？XTALJC-OUTXTALCINR11KchmXXUWC3丄XXpF/NPOAA/Oohm晶体应用电路分析:R

4、2电阻是为了使反相放大器工作在线性状态，一定程度上 避免过驱动损坏晶振。防止失真。X1晶体等效为一个并联谐振回路，振荡频率应该是石英晶 体的并联谐振频率.C1&C晶:体旁边的两个电容接地,实际上就是电容三点式电 路的分压电容,接地点就是分压点.以接地点即分压点为参考 点;反馈系数可视情况调整。（如：为增大XIN勺幅度可减小 XIN端电容，反之亦然。）R1输出端电阻；就晶体来看形成一个正反馈以保证电路持 续振荡.L1&C3滤除基频，仅泛音晶体需要。晶体应用电路说明：晶振是如何起振的？（起振过程是怎样的）无负载电容可以起振吗？为什么要加负载电容？为什么是两个电容而不是一个电容?温度、晶体晶振电路设

5、计注意事项谐振电路谐振频率的影响因素： 负载电容、机械振动、振荡器负 载电容及负载R电磁波）晶振电路设计注意事项1选择合适的晶振：除选择合适频率外，非 常关键的参数包括：频率准确度，频率稳定度。 等效阻抗r。2:选择合适的负载电容：晶振的两个脚上和对 地的电容、芯片电路内部电容、PC电容经验 值取3 p左右，在产品调试阶段做针对性调整。3:设计阶段样机的频率需要调整。尽可能保 证输出和输入信号都是近似理想的正弦波为目 标。保证输出频率稳定。晶振电路设计注意事项4:晶振的温度特性非常重要。频率调整需要 给晶振温升漂移预留足够空间。5：尽可能靠近芯片布局，尽可能减小回路面 积，避免被干扰。6:晶体

6、布局要尽量远离热源。（主芯片很热 可以适当远离主芯片，）要考虑晶体的散热问 题（如结合结构设计，注意气流方向，尽量避 开布局在热源气流方向下游区域）。7:从理论分析，很明显晶体的负载电容布局 以串联的形式（电容接地脚接在一起）连接效 果应该最好。案例一：可靠性测试时出现丢包问题?某产品在测试高低温循环式出现丢包。?问题分析：恒温测试（高温和低温测试）正常。 丢包的现象出现在温度变化时。?经定位发现故障品的晶体在温度变化时，其阻抗 存在跳变或飘逸超出芯片要求的范围，都会导致 电路系统工作异常。?相似案例：在高温（6C度环境）测试时，产品出 现死机现象，部分晶振出停振。?结论：晶体是产品的心脏，一

7、定要选择合格的供 应商和产品。案例二：敲击丢包?该问题是在某产品调测时无意中发现的；产品在 工作时，若敲击或碰撞产品外壳，产品会出现丢 包现象。?问题原因分析：敲击产生机械振动，使晶体的 振动受到影响，产生相位噪声。芯片的时钟电路 没有处理好，也就是说与芯片也有关系。案例三：时钟电路信号异常问题?某产品在调测阶段发现的输入（IC的XOU脚输出信号）晶体的信号存在严重的削峰失真。?原因分析：我们知道理想的话时钟应 该是很好的正弦波，失真是因为反向 放大器工作在非线性区域所致。?解决办法：调整加大晶振输入脚的串 联电阻阻值。案例四：时钟电路的信号幅度调整?某产品在调测及段进行晶振频率调整时出现晶振 输出信号较小（幅值为600m）,，而输出信号 不偏小（幅值为2.2V?调整并联谐振的分压电容，将晶振输出Pinh连接的电容值减小，加大晶振输出 Pin连接的电 容, 保证等效串容不变；调整至期望的幅值即可。?此案例旨在说明如入处理时钟幅度太小的问题， 比女&幅度太小导致时钟电路不稳定，或导致系统 会出现异常死机等。案例五：温飘太大了?某产品在进行可环境可靠性试验时，WiF出现无 法扫描到SSI；也存在连接后出经常出现 Pir包丢 包及断开连接的情况。一?问题分析，通过局部加热定位到 WiF的频偏太 大，导致通