振荡电路评估（二）：振荡裕度（负阻抗）的评估方法
为了获得稳定的振荡，通常情况下石英晶体单元与振荡电路的匹配十分重要。若电路结构与晶体单元的匹配中存在问题，就会产生频率不够稳定、停止起振或振荡不稳定等问题。石英晶体单元与微机一起使用时需要评估振荡电路。确认该石英晶体单元与振荡电路的匹配之际，至少要对振荡频率（频率匹配）、振荡裕度（负阻抗）和激励功率等三项进行评估。我们在上篇中已经说明了有关频率匹配的内容，这次将解说振荡裕度（负阻抗）的评估方法。
在石英晶体单元的 HOT 端子插入阻抗后检测是否起振（测试负阻抗 RN），是评估振荡电路的负阻抗特性与振荡裕度的简单方法。振荡电路的能力可以通过改变插入的阻抗值（损失的大小）进行测试。
图 1 是测试负阻抗的电路图。负阻抗的绝对值等于所插入的阻抗值 r 和石英晶体单元连接负载时的等效阻抗（Re）之和。| RN |= 插入阻抗r＋Re…算式（1）
图1：测试负阻抗的电路图
石英晶体单元连接负载时的等效阻抗（Re）用以下算式（2）求出。R1 是石英晶体单元无负载电容时的等效串联阻抗。
Re=R1 × [１＋ C 0 /CL]^2…算式（2）
使用在上次《振荡电路评估（一）》中所介绍的石英晶体单元常数（R1=33.7Ω、C0=1.11pF、CL=7.8pF），代入上述算式（2）后可算出等效阻抗（Re）为 44Ω。
这时的 R1 是石英晶体单元的实测值，而不是参数值。假设 R1 的最大值是 57Ω，Re 受负载电容的影响而增加到 74Ω，请注意。
图 2：插入阻抗测试负阻抗的情景
表 1：基于负阻抗计算振荡裕度（RN/Re）之例
在图 2 的状态下用示波器确认波形。逐渐增大插入的阻抗值 r，寻找不起振的阻抗点。这时忽略因插入阻抗而引起的振荡输出下降和振荡频率的变化，只单纯判定是否起振。
决定负阻抗 RN 之后，计算振荡裕度 RN/Re（如表 1）。
需要注意的是振荡裕度低将引发各种不良现象，例如因电路特性不均而造成的振荡不稳定、不起振或起振时间变长等。
振荡裕度为 5 倍以上时，意味着振荡电路具备激励石英晶体单元的足够能力（增幅度），通常不会发生问题。如果振荡裕度在 5 倍以下，则建议变更振荡电路的电路常数，或者增大负阻抗 RN，或者减小石英晶体单元的等效串联阻抗 Re，使振荡裕度保持在 5 倍以上。
虽然降低微调电容器（Cg、Cd）或限流电阻（Rd）等振荡电路的电路常数可使负阻抗变大，振荡裕度也将随之变大，但需要提醒的是，振荡电路的负载电容随着电路常数的变化而变，这将促使振荡频率也出现变化。欲降低石英晶体单元的等效串联电阻 R1 时，需要向石英晶体生产商提出要求。
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