為什么晶振頻率不準確？是什么影響了頻率偏移？

晶振（晶體振蕩器）在數字電路設計中占據著舉足輕重的地位，被譽為“數字電路的心臟”。它作用是為系統提供基本的時鐘信號，是一種利用石英晶體的壓電效應制成的電子元件。在晶振電路設計過程中，選擇合適的晶振、合理配置電路參數、確保晶振的穩定運行，都是設計師們需要重點關注和精細調整的重要環節。

但是,很多工程師對晶振以及外圍電路的設計并不十分了解，憑感覺設計之后，造成產品工作異常，卻又找不到原因，那么可能是晶振電路設計的問題。愛普生資深的FAE們憑借多年的經驗，總結出了晶振電路設計的三點技巧，今天探討三點技巧之一：為什么晶振頻率不準確？是什么影響了頻率偏移？

1、是什么造成了頻率偏差？

(1)當你把晶體連接到振蕩電路時，可能經歷過頻率的偏差

例如：一個室溫頻率容差為±10x10-6的水晶單元被連接到振蕩電路中

振蕩頻率卻顯示為-40x10-6，為什么？讓我們探究一下可能的因素。

首先，晶體的負載電容，既CL值是否正確?

振蕩電路的CL值=晶體單元的CL值

如果CL值不匹配，振蕩頻率會偏移可能超過10x10-6/pF.；

例如：如果CL值為6 pF的晶體單元連接到10 pF的振蕩電路中，

振蕩頻率會變成大約-40x10-6。

(2)振蕩電路中的變化也不能忽視

CL可以通過下面的公式計算：

CL=(Cg xCd)/(Cg+Cd)+Cs

Cs:PCB雜散電容

IC內置電容

CL會隨著Cg,Cd,Cs而變化。如果CL變化±1pf,在圖表中水晶單元的振蕩頻率會變化±10x10-6。

2、激勵功率

(1)如果激勵功率設置過高，振蕩頻率會偏差或R1(ESR)值會升高

我們建議在激勵功率的規格內去設置它；

(2)什么是激勵功率?

激勵功率表示使晶體單元振蕩所需的電能，可以使用以下公式計算激勵功率(P)=|²x Re；

激勵功率(P)=I²x Re；

其中，“I”代表流過晶體單元的電流，“Re”代表晶體單元的有效電阻Re=R1x(1+Co/CL)²。

3、測量方法，如何測試？

如果無法在緩沖器輸出端進行測量，請嘗試在晶體單元的Cd端進行測量我們建議使用寄生電容較小的FET探頭。

4、測量方法需要使用參考時鐘

(1)參考時鐘有什么用處呢？

您需要用一個精度高于被測振蕩器的參考源來評價它；

如果可能，我們建議使用OCXO或精度更高的參考時鐘。

(2)為什么需要參考時鐘？

頻率是以單位時間內振動的次數來衡量，參考時鐘可以對應正確的單位時間如果單位時間不準確，則測量的頻率也會不準確。

5、在使用晶振時，需要注意以下幾點：

(1)布局合理：晶振應遠離板邊以防止掉落或受撞擊導致破損，并盡量靠近MCU布局以減小信號傳輸的延遲和干擾。

(2)電源穩定：穩定的電源電壓是確保晶振頻率準確性的重要條件。

(3)避免干擾：應采取適當的屏蔽和隔離措施以減少電磁干擾對晶振的影響。

(4)定期校準：對于需要高精度計時的應用，應定期對晶振進行校準以確保其準確性。

由此可見，晶振頻率不準確及頻率偏移是由多種因素共同作用的結果，希望大家結合這篇文章對晶振的使用和設計有所幫助。

下一篇文章將會為大家重點分析：為什么電路功耗高，晶振選型正確嗎？感興趣的工程師朋友們可以點擊查看。江蘇南山電子是EPSON/愛普生（中國）有限公司授權代理商，歡迎咨詢選購愛普生晶振，如需技術支持，請聯系網站客服或者我們的技術工程師。