晶体(四)--晶体激励功率过大,如何调整?

原创 硬件微讲堂 2022-05-30 07:07

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关于晶体,已经发过3篇,主要讲了关键术语、频偏、负性阻抗:

①晶体在使用过程中需要注意哪些点?(一)

②晶体在使用过程中需要注意哪些点?(二)

③晶体(三)--PCB板上的晶体不起振,为啥?如何调整?

今天我们就聊聊晶体的另一个关键特性:激励功率。


一道面试题




照例,先抛出来一道面试题:“PCB板上的晶体的激励功率过大,如何调整?”。这个问题比较常规,面试中标的概率比较高,实际使用时也可能会碰到这类问题。如何回答,10秒时间自己先思考下。


激励功率是…




激励功率,实际就是晶体谐振器工作时所消耗的功率。其实,这点很容易理解。电子器件工作是总是要消耗功率的。


激励功率的范围是…




既然问道“晶体的激励功率过大”,那就需要知道激励功率通常的范围是多少,多少算是过大。


激励功率的范围,在晶体谐振器的规格书上都会有明确说明。一般而言,通常会要求激励功率小于300uW。实际工程应用中,激励功率小于200uW较为适宜。(具体以实际规格书要求为准)


如下图所示,某品牌的晶体规格书中Driver Level就要求小于300uW。



如下图所示,这个晶体的激励功率已达到299.1uW,数值已经非常临界。最好还是通过调整参数,降低到200uW以下。



激励功率过大,会怎样?




既然要求了激励功率的范围,可能有小伙伴会问了:超过这个范围,会怎样?


这是个好问题!

我们搞技术,做研发的,就需要这种专研、探索,充满好奇心的心态。


举个栗子:你可以形象地把晶体理解为一个人的心脏。激励功率过大,就是心脏跳动的力度过于剧烈。如果心脏长时间处于剧烈跳动,势必会出现器官疲劳,衰竭等现象,再后面可能会引发一系列连锁反应。


再说回晶体,如果激励功率过高,可能会出现振荡频率不稳定的情况。

激励功率如何测试?




既然我们知道了激励功率的范围以及过大的危害,那么我们有必要了解激励功率如何测试。



如上图所示,用高频电流探头直接测试量晶体谐振电路中的电流有效值Irms。再根据如下公式计算,即可得出DL。

注意:这里面的电阻是RL,不是ESR。


激励功率过大,如何调?




如文章开头面试题中问道:晶体激励功率过大,如何调整?

其实,知道了激励功率的计算公式,这个问题也就没什么了。


①降低电流值:可以增大限流电阻,这个方法简单粗暴有效!

减小外部匹配电容容值,也可以降低激励功率。


实测报告




你可以上面说的有些虚无缥缈,有点摸不着看不到。下面我们看下某品牌的晶体的匹配测试实测报告。



外部匹配电容为20pf时,频偏为+40.2ppm,激励功率0.041uW,负性阻抗1535kΩ。


频偏有些偏大,调整外部匹配电容(从20pf调整为27pf)。我们可以看到频偏降到+11.5ppm,而激励功率增大(从0.041uW增大到0.097uW),同时负性阻抗降低。


由此也可以看出,调整匹配电容后,可谓是牵一发而动全身,其他几个关键参数都会随之改变。同时也验证了,增大匹配电容,激励功率上升;反之则下降。


总结




今天要聊的内容基本到这里了,来捋一下今天都聊了哪些内容:


激励功率就是晶体谐振器工作时所消耗的功率;

②激励功率的范围:通常小于300uW。小于200uW较为适宜;(具体以实际规格书要求为准)

③激励功率过大,可能会出现振荡频率不稳定的情况;

④激励功率的计算方法,详见上面公式;

降低激励功率,可以增大限流电阻,也可以尝试减小匹配电容容值。


怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门就看你的造化了!


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