【经验】KYOCERA晶体振荡器CX3225SB50000D0FSSC1对时钟芯片输出异常的解决方案

2022-05-17 世强
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在一个时钟产品开发过程中,需要用到ADI时钟芯片,它需要一个输入参考信号作为芯片内部的系统时钟。当然,也可以直接选用更高精度的OCXO作为频率源,但那是没有必要的,尤其是对时钟芯片来讲,高精度的OCXO一般频率较低,频点低则会导致生成信号的相噪、杂散指标差。在经过一番折腾后,我选择选用3225封装的贴片晶体振荡器替代原有的OCXO(我最开始使用的OCXO作为ADI时钟芯片的系统时钟输入),并使用OCXO作为ADI补偿信号,则能够兼顾频点和成本的问题。此外,晶振的品质也得满足以下要求,晶体需大于等于20M,切型为AT切,最大motional resistance为100欧姆,以生成稳定的时钟信号。在一番选型筛选之后,我在世强平台上申请了KYOCERA品牌的CX3225SB50000D0FSSC1型号的晶体振荡器,用来完成试验,方便以后的大批量生产。


首先来看晶振规格书,如下图所示:(由于没找到50MHz的规格书,有同规格的40MHz的,一般来说相差不大):

我重点关注了晶体的等效串联电阻为最大50Ω,符合要求,负载电容为8pF,根据时钟芯片手册上的公式(大部分晶体的并联电容都是这么算的):

时钟产品对应的部分原理图如下所示:

XOA和XOB分别接在3225晶体的两端,分别并联10pF~15pF的电容到地,XOA、XOB之间串联1M电阻帮助晶振起振,正当我觉得一切顺利时,加电,发现时钟模块无输出,反复排查,发现是晶振根本没起振,使用示波器查看晶振输出,竟是下图情况:

按照下面步骤情况一一排查,找出问题所在:

1.重读晶振数据手册,发现没有错误,甚至换了8pF、12pF、15pF的并联电容,仍不能起振,说明不是电容的事;

2.怀疑是晶振在快递过程中受损导致晶体破裂,于是,我用热风枪吹下一个晶振,换到了之前的一个STM32开发板上,发现开发板能工作,证明,晶振没有问题。既然是实验板有问题,那么,有两种情况,一种是电路本身存在缺陷,另一种是IC对于晶振的激励电流不够,导致晶振不振,于是,继续试验排查问题;

3.使用万用表量了一下给时钟芯片供电的LDO,均工作正常,至少IC的供电没有问题,刚用的芯片坏的可能性不大,所以我决定先排除下电路问题;

4.接着,把晶振安装到试验板上,加电,使用欧姆表量了下1M欧姆电阻两端的电压,发现只有10欧姆,电路存在短路?局势渐渐明了,我把晶振吹下来,继续量了一下1M欧姆电阻的阻值,惊喜的发现是1M欧姆,于是我又安装上了晶振,确定下是晶振的问题,但是,安装好后,发现电阻的阻值是1M欧姆,晶振输出正常,使用示波器查看晶振输出,如下图所示。这让我更加困惑。

后来反复多次实验之后,归根结底,还是自己操作方面的问题,我发现由于这种晶振的外壳是金属(如下图所示),多次使用烙铁头去修晶振的时候,会导致锡渣或者助焊剂残留,极有可能发生虚焊或者部分短路,而且PCB板上一定要保证绿油是完整的,最直接的一个办法。另外这种封装的器件,最好每次改动都使用热风枪,不要用烙铁!在修正后镜检,然后按照手册的要求来配置,就不会出问题。

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