【经验】EPSON无源晶振不起振的问题分析

时间： 2021-08-24 来源：世强

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在工业、通信还是常见的消费电子领域，无源晶振是很多芯片的主要时钟来源。一般在石英水晶片的两边镀上电极，通过在两电极上加一定的电压，使得石英因为有压电效应而产生形变，从而给IC提供一个正弦波形，再通过IC的内部整形和PLL电路后产生方波输出。

通常晶体起振的条件取决于整个振荡电路的增益gm来决定，这个gm最直观的观测方式是测试振荡回路中的负阻，一般振荡回路的负阻在大于或等于晶体Rr的3~5倍时，振荡回路的增益就可足够大使振荡回路工作，可以参考主控芯片振荡回路的对应参数要求。日前有工程师在使用EPSON的TSX-3225作为主控芯片外围参考时钟时出现不起振的情况，本文我们一起来看看什么原因。

我们检查了TSX-3225这颗晶体的参数：负载电容是9 pF，ESR为60 欧姆，静态电容是0.98 pF，从工程师反馈的情况来看，分别使用了9/10/11/15 pF等各种规格电容作为负载电容试过，均存在问题。考虑到对地的杂散电容一般取值在3~5 pF的范围，这几个电容其实都比较接近，基本上起振不存在很大问题，最多可能是频率有一定偏差。

检查了客户的外围电路，没有发现电路存在问题，因此继续排查的方向是检查晶体的激励问题。根据他们提供的主芯片资料，要求其跨导增益gmOSC必须大于5倍晶体本身工作回路增益，计算公式gm_crit = 4 * ESR * (2πF)²* (C0 + CL)²，根据计算：gm_crit=4 * 60 * (2πX20X10⁶)²* (（0.98+ 9）X10^-12)²=0.37，数据手册提供的gmOSC为2.2~13.7之间，大于0.37*5，如果内部电路工作正常，是可以使得TSX-3225正常起振的，不存在增益问题。继续排查主控芯片本身振荡电路问题，经过工程师进一步查实，发现该主控芯片内核一直处于复位状态，从而导致振荡电路没工作，因此不能给TSX-3225提供正常的激励，导致晶体无法正常工作，这个实际上还是激励的问题。

图1 晶体参考电路

因此，我们在使用无源晶体时，除了保证负载电容匹配选型准确外，还需要关注使用晶体的主芯片本身振荡回路是否正常工作，在晶振不起振的时候注意找一下这方面的原因。

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