【技术大神】浅谈无源晶体电路匹配设计的问题
晶振，是每一个电子产品上都必须使用的器件。晶振的作用是产生给系统芯片所需的时钟频率，系统芯片的一切指令执行都是建立在此基础上。晶振的选型和设计，对整个系统的稳定性有着非常重要的影响。
本人做过消费类，汽车类等不少产品设计，使用过大量的EPSON无源晶振，有源晶振，TXCO等器件。据统计，EPSON高稳定性的晶体无论是在生产过程还是在终端客户，基本上是零故障率，质量非常可靠。
晶振线路的设计，看起来非常简单，但是设计不好，往往会引起时钟不准，EMI干扰严重，甚至系统没法工作的情况。下面我以常用的32.768KHz EPSON无源晶体Q13MC1461000200为列，跟大家聊聊无源晶体电路匹配设计的问题。主要从三个方面考虑：晶体选型与硬件线路匹配、晶振layout设计、晶振测量。
晶体选型与硬件线路匹配
我们先看看EPSON MC-146 Q13MC1461000200参数。
表1：MC-146参数
上面绿色标示部分是我个人设计中比较关注的晶振主要参数。如下稍作解释：
Storage temperature range
这个是产品关机存储温度，我们选择晶振都需要满足这个基本条件，以保证运输过程中不出质量问题。
Operation temperature
很多无源晶体是-10~70度，而Q13MC1461000200能达到-40~+85度。我个人认为晶体Operation temperature这个参数非常重要，选择一个宽温的对产品稳定性有很大好处。
Frequency tolerance
不同的应用场景，对晶体的误差要求不同，譬如笔记本、平板之类，一般±20PPM可以满足要求。如果用于一些军工产品、精密仪表，可能需要选择±10PPM甚至更高要求的晶体。
Load capacitance(CL)
Q13MC1461000200负载电容是12.5pF。这个参数并不反映晶体本身性能，但是线路设计必须与其匹配，这里非常关键。
下面举例说明这个硬件线路匹配的设计，如下是线路图：
负载电容的计算如下：
CL=Cap.Load+IC Load+Stray Load
Cap.Load=(20*20)/(20+20)=10(pF)
IC Load≈1.5pF
Stray Load≈1pF
CL on board = Cap.Load + IC Load + Stray Load= 10+1.5+1=12.5(pF)
其中IC load是芯片内部的电容负载，Stray load是晶振信号通过layout trace的容性负载。这两个值一般是经验值，要真正保证频率在spec范围，还需要经过仪器对频率的测量以及这两个电容容值的更改调试，才能达到最终的设计要求。上图只是一个初步的评估值，也就是我们首次SMT上件要求的电容值。同时,对于上图C15,C16两个负载电容的精度，也影响最终晶振的频率输出精度，一般选择COG/±5%的电容。
晶振layout设计
我认为如下3点需要特别注意：
1）负载电容尽量靠近晶振；
2）晶振下方PCB每层尽量铺GND，避免干扰；
3）CLK信号尽量最短路径到IC，远离高频和电源信号。
如下是EPSON Q13MC1461000200在layout中的实例，完全满足上述3点要求。
晶振的测试
无源晶振的三个重要参数的测试：
1）Frequency deviation
2）Negative resistance
3）Drive level(DL)
Frequency deviation
这个测试项目是针对晶振振动频率是否在spec Frequency tolerance 的范围内的测试。譬如EPSON Q13MC1461000200无源晶体±20PPM的范围是32767.34464~32768.65536Hz。只要我们测试的频率在这个范围，就算Pass。这个通过频率Counter仪器非常容易完成测试。
Negative resistance
负性阻抗是来判断振荡电路稳定性的一个参数，如果负性阻抗太小，那么振荡随着老化，温度、电压的变化将收到很大的影响。
这个测试使用示波器和纯电阻可以完成测试。如下是测试实列：
Drive level(DL)
激励功率就是晶体工作时消耗的功率。
有两种测量方式：
如下是我们产品使用EPSON Q13MC1461000200的测试结果，结果是Pass。
以上是本人针对EPSON无源晶体电路匹配设计的一些小看法，也欢迎各位朋友提出建议。
目前EPSON生产的晶体产品占超过全球1/5的市场份额，是世界上最大的晶体产品供应商。主要产品包括：无源晶体、有源晶振、TCXO、VCXO等，本人也在实际的消费量和车载类产品中，大量使用EPSON的产品，质量值得信赖。
作者：Bati
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 5
本网站所有内容禁止转载，否则追究法律责任！
评论
全部评论（5）
-
![]()
![]()
FENT Lv8. 研究员 2019-09-05学习 -
![]()
![]()
FENT Lv8. 研究员 2019-08-02很实用的知识 -
![]()
![]()
用户_6859 Lv7 2018-05-08文章中，使用频率测试仪，是不是有接触电容，确定负载电容，会不会不准 -
![]()
![]()
可乐加冰 Lv3. 高级工程师 2017-12-28必须收藏，一直想找这方面资料 -
![]()
![]()
饮水者 Lv8. 研究员 2017-07-15很实用，点赞
相关推荐
【技术大神】小晶振大奥秘：32.768KHz无源晶体电路匹配设计
实例介绍32.768K无源晶体的电路匹配选择，及设计时的注意事项。
【经验】无源晶振负载电容对谐振电阻的影响
本文介绍了Epson无源晶振的负载电容的影响、晶体负载电容计算方式以及选择负载电容所需注意的三大要点。
【经验】无源晶振设计中关于负载电容CL大小取值、提升晶振设计精度、KHz无源晶振停震等问题的解决方案
无源晶振设计时，会经常遇到一些关于负载电容CL大小取值、提升晶振设计精度、KHz无源晶振停震、音叉臂晶振精度漂移、高温下无源晶振的精度是否等同低温下的精度等问题的困扰，以EPSON（爱普生）TSX-3225系列晶振X1E000021059600为例，本文将针对如上问题的解决方案做技术经验分享。
【技术大神】无源晶振电路设计和改进
本文是笔者结合智能采集终端项目，针对Epson公司两款无源晶振MC-146、FA-20H测试结果做分析，谈一谈如何正确地设计无源晶振硬件电路。
【技术】无源晶振不起振、输出频率有偏差的解决方案
本文将从原理上为大家讲解如何避免出现无源晶振不起振、输出频率有偏差，并对无源晶振进行更合理选型。影响无源晶振稳定性的主要有以下几个参数：驱动功率、负载电容和负性阻抗。图一为无源晶振的基本电路。外部的无源晶振、匹配电容和IC内部的驱动部分一起组成整个的振荡电路。
32.768KHz无源晶振选型，从KHz至GHz全覆盖的无源晶振供应商爱普生
爱普生是全球最大的晶体时钟产品提供商之一，且是全球最大的晶率覆盖范围厂商之一，实现从KHz至GHz全覆盖。全球共有11家工厂，晶体和IC都能自主研发生产，可以保证供货安全性。供货稳定，一致性好，性能更稳定，5年以上都不会产生频偏、停振等。爱普生无源晶振，封装全、频率覆盖广、性能稳定。
Epson（爱普生）FC-135(Q13FC1350000400) 32.768kHz频率范围无源晶振详细数据手册（英文）
32.768kHz FC-135(Q13FC1350000400)无源晶振详细数据手册
EPSON - 32.768KHZ晶体谐振器,32.768KHZ无源晶振,晶体及时钟芯片,CRYSTAL UNIT,32.768K晶体,晶体单元,32.768K晶体单元,32.768无源晶振,32.768KHZ晶体单元,32.768KHZ晶体,32.768晶体,32.768K晶体谐振器,32.768K无源晶振,32.768晶体单元,32.768晶体谐振器,FC-135 32.768000KHZ,FC-135 32.768K,FC-135 32.768KHZ,Q13FC1350004511,Q13FC1350000300,Q13FC1350000400,Q13FC1350000411,Q13FC1350000211,Q13FC1350000200,Q13FC1350004900,FC-135,FC135,工业电子,消费电子,汽车电子,通信设备
选用了芯科4463做远距离无线通信模块，已经用了10ppm的无源晶振做射频参考时钟，但我还想提高射频中心频率的稳定性，请问有什么办法？
对于提高射频中心频率的稳定性，最直接有效的方案就是提供射频参考时钟的温度稳定性，10ppm频率已经不低了，但还有更好的。给你推荐EPSON的TCXO（即温补晶振），TG-5006CG系列，30M 具体ON是X1G004211002700，2520封装，可以达到1ppm频率误差，你可以试试。
Epson（爱普生）MC-146(Q13MC1462000200) 32.768kHz频率范围无源晶振详细数据手册
32.768kHz MC-146(Q13MC1462000200)无源晶振详细数据手册
EPSON - 32.768KHZ晶体谐振器,32.768KHZ无源晶振,晶体及时钟芯片,32.768K晶体,晶体单元,32.768K晶体单元,32.768无源晶振,32.768KHZ晶体单元,32.768KHZ晶体,32.768晶体,32.768K晶体谐振器,32.768K无源晶振,CRYSTAL UNIT,32.768晶体单元,32.768晶体谐振器,Q13MC1461000600,MC146,Q13MC1461001711,Q13MC1461000200,Q13MC1461000111,Q13MC1461000100,MC-146 32.768KHZ,MC-146 32.768K,MC-146,Q13MC1462000200,Q13MC1462000100,Q13MC1462000111,Q13MC1462001111,MC-146 32.768000KHZ,工业电子,消费电子,汽车电子,通信设备
Epson（爱普生）FC-135(Q13FC13500002xx) 32.768kHz频率范围无源晶振数据手册
32.768kHz FC-135(Q13FC13500002xx)无源晶振数据手册
EPSON - 32.768KHZ晶体谐振器,32.768KHZ无源晶振,KHZ范围晶体单元,晶体及时钟芯片,32.768K晶体,KHZ RANGE CRYSTAL UNIT,32.768K晶体单元,32.768无源晶振,32.768KHZ晶体单元,32.768KHZ晶体,32.768晶体,32.768K晶体谐振器,32.768K无源晶振,32.768晶体单元,32.768晶体谐振器,FC-135 32.768000 KHZ 7.0 +20.0-20.0,FC-135 32.768KHZ,FC-13532.768000KHZ7.0+20.0-20.0,Q13FC1350004511,Q13FC1350000211,Q13FC1350000200,Q13FC13500002XX,Q13FC13500002,FC135,FC-135 32.768000KHZ,FC-135 32.768K,Q13FC1350000300,Q13FC1350000400,Q13FC1350000411,Q13FC1350004900,FC-135,工业电子,消费电子,汽车电子,通信设备
项目上用到一颗24M的无源晶振，请推荐合适的，需要±20ppm的精度，3225封装，负载电容都可以。
推荐EPSON X1E000021012900这颗，资料链接https://www.sekorm.com/doc/38992.html
Epson（爱普生） FC-135（Q13FC13500004XX）32.768kHz频率范围无源晶振数据手册（英文）
32.768kHz FC-135（Q13FC13500004XX）无源晶振数据手册
EPSON - 32.768KHZ晶体谐振器,32.768KHZ无源晶振,KHZ范围晶体单元,晶体及时钟芯片,32.768K晶体,KHZ RANGE CRYSTAL UNIT,32.768K晶体单元,32.768无源晶振,32.768KHZ晶体单元,32.768KHZ晶体,32.768晶体,32.768K晶体谐振器,32.768K无源晶振,32.768晶体单元,32.768晶体谐振器,FC-135 32.768K,FC-13532.768000KHZ12.5+20.0-20.0,FC-135 32.768000 KHZ 12.5 +20.0-20.0,FC-135 32.768KHZ,Q13FC1350000400,Q13FC1350000411,Q13FC13500004XX,Q13FC13500004,FC-135,FC135,工业电子,消费电子,汽车电子,通信设备
Epson（爱普生） MC-306(Q13MC30610003xx) 32.768000 kHz频率范围无源晶振数据手册
32.768000 kHz MC-306(Q13MC30610003xx)无源晶振数据手册
EPSON - 32.768KHZ晶体谐振器,32.768KHZ无源晶振,KHZ范围晶体单元,晶体及时钟芯片,32.768K晶体,KHZ RANGE CRYSTAL UNIT,32.768K晶体单元,32.768无源晶振,32.768KHZ晶体单元,32.768KHZ晶体,32.768晶体,32.768K晶体谐振器,32.768K无源晶振,32.768晶体单元,32.768晶体谐振器,MC-306 32.768000 KHZ,Q13MC3061001811,MC-30632.768000KHZ12.5+20.0-20.0,MC-306,Q13MC3061000611,Q13MC3061000600,Q13MC3061000300,Q13MC3061000311,Q13MC30610003XX,Q13MC3062000300,Q13MC3062000311,Q14MC3061004511,MC-306 32.768K,MC-306 32.768000 KHZ 12.5 +20.0-20.0,Q13MC3062000600,Q13MC3062000611,MC-306 32.768KHZ,MC306,Q13MC30610003,工业电子,消费电子,汽车电子,通信设备
医疗产品上需要一款无源晶振，频点16MHz，负载电容9pF ，精度要求+/-10ppm，请问有合适的吗？
推荐EPSON的 X1E000021037500，资料链接https://www.sekorm.com/doc/50390.html
智能中控项目，无源晶振 32MHz±10ppm 10pF SMD3225-4P，有合适的吗？
推荐EPSON的X1E000021016800，32MHZ，10ppm，10pF，SMD3225,满足要求； 具体链接：https://www.sekorm.com/doc/66954.html
电子商城
现货市场
服务
提供CE测试服务，通过晶体回路匹配分析，给出测试报告。支持EPSON所有MHz无源晶体、32.768KHz晶体。支持到场/视频直播测试，资深专家全程指导。
实验室地址： 深圳/上海 提交需求>
可定制射频隔离器/环行器（10M-40GHz），双工器/三工器（30MHz/850MHz-20GHz），滤波器（DC-20GHz），功分器，同轴负载，同轴衰减器等射频器件；可定制频率覆盖DC~110GHz，功率最高20KW。
最小起订量： 1 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论