KDS关于振荡电路的讨论方法

1 .关于振荡电路

石英振子是无源部件，无源晶振，因此会受到电源电压、环境温度、电路结构、电路常数、基板的布线图案等的影响。 大致分为正常动作和异常动作两种。 因此，设计振荡电路时，前提条件是使石英振子稳定且可靠地振荡。 确认后，将讨论频率精度、频率的可变量、调制度、振荡开始时间、振荡波形等以下项目。

2 .零部件的作用和大致标准的数值

图-1

设计振荡电路时，需要认识各个部件的作用。 因此，使用通用C-MOS IC (东芝制74HCU04AP )的振荡电路(图-1)为例，表-1向说明各自的作用。

表-1因此，在未安装反馈电阻( Rf )的情况下，即使对振荡电路施加电源，振子也不会开始振荡。 另外，如果不连接适当值的电阻，则可能无法以正规的振动模式进行振荡，从而产生谐波振荡或基波振荡。 一般来说，基波振子( MHz频带)的情况下为1MΩ，谐波振子( MHz频带)的情况下，数值根据IC的特性和频率而不同，但在数kω~数十kω的范围内。 音叉型振子( kHz频段)时，需要连接10MΩ或以上的电阻。

零件编号	各部件的名称	作用
射频	返回	从振荡级逆变器输出侧反馈电流及信号，继续振子的振荡。 根据振荡次数不同，值会发生变化。
Rd	限制阻力	控制流入振子的电流，调整负电阻和激励电平，防止振子的异常振荡和抑制频率变动。
C1、C2	外置电容器	调整负电阻、激励电平、振荡频率。 另外，设定为任意的负载容量。

限制电阻( Rd )的合适值因振子的类型、频带以及外置电容器( C1、C2 )的值而异。 准确的数值是在测量振荡电路的特性(负电阻、激励电平、其他)后决定的。 AT切振子( MHz频带)的标准为百ω台~几kω台，音叉型振子( kHz频带)的标准为100kΩ~几百kω。

外置电容器的最佳值因振子的类型、频带、限制电阻的值及振荡次数而异，大致为3pF~33pF左右。

3 .振荡电路的讨论项目及方法

振荡频率的测定

贴片晶振需要用正确的测量方法测量安装，在电路上的振子的振荡频率的真值。 振荡频率的测量一般使用探针和频率计数器，但如何减少测量工具的影响进行测量是关键。

频率测量方法存在3种模式，请参阅下图(图-2、图-3、图-4)来上载修改后的文件。 最准确的测量方法是使用能够以非接触方式测量振荡电路的频谱分析仪。
图-2将振荡电路的输出输入到下一级反相器，测量来自缓冲器的输出，因此不受探针的影响。
图-3因为是从IC测量缓冲输出(1/1、1/2等)，所以不受探针的影响。
图-4在没有来自集成电路的缓冲输出的情况下，通过在输出点(集成电路的XTAL OUT引脚)和探针之间插入3pF以下的小电容器进行测量，将探针的影响降到最低。
但是，由于该方法会减小输出波形，因此即使在示波器上能够确认振荡波形，根据频率计数器的灵敏度不同，有时也无法进行测量。 此时，请使用放大器等进行测量。

图-2

图-3

图-4

图-5

另外，振荡频率因测量位置而异。
①测量缓冲输出时
②测量振荡段的输出时
③通过电容器测量振荡段的输出时

图-5表示在上述3个地方的测量，在缓冲输出以外，由于探针的影响而测量的频率显示为较低。

4 .负电阻测量

为了确认振荡电路有多少振荡馀量而进行的测量，根据得到的数值来预测振荡的稳定度。图-6所示，在振子上串联连接电阻( r )，增大值后，超过某个电阻值时振子将不再振荡。 即将不再振荡之前的电阻值为负电阻的值。

图-6

【注意事项】注意事项如下。

• • • 根据振荡频率的测量点，使用示波器根据有无振荡波形进行判断。
    • 确认使用电压范围的最小值也能充分确保。
    • 相对于常温下的测量结果，改变温度进行确认。
      (根据使用温度范围，分别使用吹风机、骤冷剂、恒温槽等)
    • 以能否确保为所用振子的串联电阻标准值的5倍以上为标准。

※但是，这些标准值可能会有所变更，恕不另行通知。

5 .激励水平测量

测量在使用的振荡电路中，振子工作时消耗的功率。图-7如所示，使用电流探针测量流入振子的电流( I )。 (本公司使用P6022/Tektronix公司制造)

虽然可以用其他方法进行测量，但使用探针接触的方法时，电流会从探针流入GND，因此无法获得真值。

图-7

计算公式
计算公式DL (激励等级: w ) =i2×R1 i(A ) :电流(有效值) R1(Ω) :振子的串联电阻

【注意事项】

振子正常动作的最大值因振子的形状、振荡模式而异，详情请咨询本公司。

6 .异常振荡的确认

在使用的振荡电路中，确认振子有无可能以正常振荡模式以外的模式振荡。

高振荡模式(从基波向3rd .泛音振荡的容易度)的简易确认方法是，图-9如所示，石英晶振，振子的振荡模式为基波时，即使在用水轻轻湿润的手指捏住振子的引脚( 2根)的状态下关闭→打开电源后再放开手指，如果示波器的波形没有进行3rd .谐波振荡，也可以判断为没有异常振荡的可能性。

相反，即使放开手指，如果示波器波形发生3rd .泛音振荡，也可以判断有可能发生异常振荡。 用水湿润手指进行确认是因为在振子端子之间形成了小的电阻，图-8这是为了减小中的电路图的Rf，使高频域的振荡变得容易。

图-8

没有问题的情况

有问题时

图-9

7 .振荡电路引起的不良症状及其对策示例

在设计晶体振荡电路时，可能会出现各种不良症状。

例如，

• • 1. 实机中的频率精度非常严格，但无法控制在所需的频率范围内。
    2. 虽然是调整频率的电路，但是不能调整频率。
    3. 出现正规频率的约1/3或约3倍的频率。
    4. 启动电源时振子的振荡开始时间非常慢。
    5. 振子不振荡，或者到开始振荡为止的时间很长。

等各种症状。

因此，为了不发生这样的症状，至少需要针对上述振荡电路研究基本项目。 在此，如果为了解决故障症状而不需要变更振子的规格时，可以比较简单地在电路侧采取对策。 （表-2参照)

但是，即使故障症状得到改善，很多情况下其他振荡电路的特性也无法满足，有时也会产生其他故障，因此需要本公司对电路进行研究。 另外，对于即使尝试了对策事例也无法解决的情况，如果有需求的话，我们公司会进行讨论，请与营业负责人联系。

表-2

不良反应	原因	对策一例
频率偏移	振子的负载容量与振荡电路的负载容量不匹配。	变更电路常数( C1、C2 )。
		变更振子的负载容量。
频率不可调	基于微调电容器的频率可变量不足。	减小微调电容器和固定电容器的容量。
以正规频率约3倍的频率振荡	没有达到与振子的振荡次数相符的电路常数。	增大反馈电阻( Rf )的值。
		插入限制电阻( Rd )。
		增大外置电容器( C1、C2 )的值。
以正规频率约1/3的频率振荡	没有达到与振子的振荡次数相符的电路常数。	减小反馈电阻( Rf )的值。
		减小限制电阻( Rd )的值。
		减小外置电容器( C1、C2 )的值。
振子不振荡	电路的负电阻没有裕度。	减小限制电阻( Rd )的值。
振子启动时间长		减小外置电容器( C1、C2 )的值。

品牌	原厂代码	型号	尺寸	频率	负载/电压	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