无源晶振测量输出频率的方法
![无源晶振,Crystal,晶体,有源晶振](https://www.sekorm.com/front/website/images/sekormContent.jpg)
![无源晶振,Crystal,晶体,有源晶振](https://www.sekorm.com/front/website/images/sekormContent.jpg)
1、无源晶振简介
无源晶振,准确来说应叫Crystal(晶体),有源晶振则叫Oscillator(振荡器)。无源晶振是在石英晶片的两端镀上电极而成,其两管脚是无极性的。无源晶振自身无法震荡,在工作时需要搭配外围电路。在一定条件下,石英晶片会产生压电效应:晶片两端的电场与机械形变会互相转化。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率相等时,晶体产生的振动和电场强度最大,这称为压电谐振,类似与LC回路的谐振。
图1 石英晶体的电路符号、等效电路、电抗特性及外围电路图
由于晶体为无源器件,其对外围电路的参数较为敏感,尤其为负载电容。根据晶体的手册,我们得知测试电路中有推荐电容,此电容对晶体是否起振大有关联:
Cg、Cg称作匹配电容,是接在晶振的两个脚上的对地电容,其作用就是调节负载电容使其与晶振的要求相一致,需要注意的是Cg、Cg串联后的总电容值((C_d*C_g)/(C_d+C_g))才是有效的负载电容部分。
Cic:芯片引脚分布电容以及芯片内部电容。
△C:PCB走线分布电容,经验值为3至5pF。
在某项目上使用到的一款32.768kHz无源晶振,手册中负载电容推荐值为12.5pF。可见此值较为细小,微小的变化足以影响电路特性。
2、探头的影响
探头,其实跟示波器一样,都是测量系统的一部分,其正确使用与否很大影响着测试结果。当探头的探针点击测量点时,探头的接入会对被测电路造成影响,这被称为探头的负载效应。这种负载效应一般简化为电阻与电容的并联。在带宽500MHz以下的示波器,一般标配是1倍衰减或10倍衰减的无源探头,某些探头的衰减比可手动选择。不同衰减比的探头在带宽、输入电阻、输入电容上面都有差异:
图2 ZP1025SA1倍、10倍衰减时的参数差异
可见探头的输入电容,比晶体手册的负载电容要大。探头的介入,必定大大影响到原已参数优化好的电路,从而严重影响晶体电路的起振。两害相权取其轻,测量无源晶振时应优先选用10倍衰减探头。若10倍衰减探头的寄生参数还是过大,可以考虑选用有源高压差分探头,其负载参数优化得非常小,如Lecroy的ZP1000探头,输入阻抗可达0.9pF、1M欧姆。
3、选择合适的测量点
既然晶体两端非常敏感,不便于接上探头测量,那可以换一种思路,在其他地方测量该信号。
某些时钟芯片带clockout功能,此功能是buffer晶体的信号,其管脚的输出是有很强大的驱动能力的,因此可以直接使用探头测量。
晶体发出的时钟输入到处理器中,可以使用计时器对此信号作分频处理,然后将分频后的信号输出到管脚。这样我们只需测量分频后的信号,即可计算出原有时钟的频率。
这种间接测试的方法,只能测试晶体的频率,不能测量晶体输出信号的幅度。若能在设备的工况范围都测试其频率的准确性,那晶体电路的工作就是OK的。
图3 使用芯片的缓冲功能、计数器功能来测量
若信号驱动能力很强,可以考虑非接触的测试方案:近场探头。近场探头配合频谱仪,或示波器的FFT分析功能,即可测得峰值电压处的频率。由于为非接触方案,不存在探头的负载效应,不过需注意此时频谱仪、FFT分析的频率分辨率,这会影响测量结果的步进、精度。
4、Tip:如何测量频率
在捕捉到晶体的输出信号后,该如何测量其频率呢?在ZLG致远电子的ZDS系列示波器中,可以选择硬件频率计、频率参数测量、上升沿参数测量等方法。
硬件频率计在实现时,有测周期与测脉冲数的算法。这两种不同的测试方法,是会因应输入信号的频率大小而选择的,以期待测量值更准确。当信号频率小时,会选用测周期的方法,把信号的周期测好了,周期的倒数就是频率,此方法误差源在于测周期的计时时钟的频率;当信号频率大时,会选用测脉冲数的方法,在标准时间内测出信号上升沿的个数,此方法的误差是标准时间内的选定问题。
在参数测量的时间参数中,有“频率”这测试项。此测试项是求得两上升沿之间的时间差,再求倒数得到频率。此测试项的误差在于上升沿的判定与周期计时频率,受限于当前采样点的采样率。
在参数测量的统计参数中,有“上升沿计数”的方法,其原理是测量上升沿的个数。在测试中,可以将测量范围选择光标区域,而光标范围设为200ms,这样测得的上升沿乘以5,即为信号频率。
图4 频率、上升沿计数测量界面图
选用信号发生器输出不同频率的信号,使用上述三种方法测得频率如表1所示。
表1 不同测量方法测出的频率对比表
可见三者测量结果差异不大,硬件频率计的分辨率更高,而参数测量中有效位数只有5位。此信号发生器输出频率的准确度为±1ppm,示波器内部晶振的频率准确度为±2ppm,在上述的24MHz硬件频率计中,测量的准确度为80Hz/24MHz=3.33ppm,基本在仪器的测量精度内。参数测量值在某些情况下显得更接近真实值,这是因为其有效位数不够而四舍五入的原因,准确度更高的还是硬件频率计。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由雪飘梦飞转载自晶鸿兴官网,原文标题为:无源晶振测量输出频率的方法,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
相关研发服务和供应服务
相关推荐
使用晶体谐振器的注意事项
使用晶体谐振器的注意事项介绍。晶振产品设计可抵抗物理冲击,但在某些环境下晶体产品也会受到损坏,比如从桌子上掉落或者在安装过程受到冲击。如果产品受到冲击,确保重新检查产品特性。
设计经验 发布时间 : 2024-08-06
石英晶振焊接的6个步骤
石英晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作,其晶振的稳定性与焊接过程中也存在着很大的关系,如果焊接不当可能会使晶振频率发生改变,本文晶鸿兴为大家介绍石英晶振的正确焊接的6个步骤。
设计经验 发布时间 : 2024-07-28
32.768KHZ频率中常用的贴片晶振封装尺寸有哪些?
智能终端的新功能层出不穷,发展迅速,在有限的空间实现更多的功能已成必然,对元器件小型化的需求尺寸不断。晶振在电路中起着必不可少的重要角色,据统计,80%的电子产品需要使用到晶振,而32.768KHZ晶振,是为熟知的一个频点,至少在KHZ中,32.768KHZ是广泛而被频繁使用的频率。
设计经验 发布时间 : 2024-07-12
时钟晶振为什么是32.768kHz?
晶振最常用的频率就是32.768KHz、77.503KHz、60.003KHz、40.003KHz和MHz的12MHz、14MHz、16MHz、24MHz等等。本文主要详解为什么时钟都用32.768K的晶振以及常用的32.768K晶振有哪些,具体的跟随晶鸿兴一起来看一下。
技术探讨 发布时间 : 2024-07-09
有源晶振的电路引脚接线等原理
晶振分为有源晶振和无源晶振,有源晶振区别于无源晶振的是,有源晶振内部自带IC、振荡电路,不需要依托外部电路来产生工作。对于有源晶振,大家有了解它常规参数有哪些、以及有源晶振电路图是怎么样的,如何接线等。晶鸿兴来给大家一一解析有源晶振电路、引脚、参数及接线原理。
技术探讨 发布时间 : 2024-07-09
12MHz石英晶体振荡器解析
在晶体振荡器中采用一个特殊的元件:水晶片,可以产生高度稳定的信号,这种采用水晶振片的振荡器称为石英晶体振荡器。那什么是12MHz晶体振荡器呢?本文中晶鸿兴来为大家介绍,希望对各位工程师朋友有所帮助。
技术探讨 发布时间 : 2024-08-30
四脚有源晶振的用途及电路图解
四脚有源晶振的用途及电路图解。
技术探讨 发布时间 : 2024-07-18
讲解石英晶体振荡器电路的组成与设计
常见的石英振荡电路形式有并联和串联两种类型,这两种电路形式最直观的区别就是谐振器的出现形式,并联晶体振荡器是以并联谐振的形式出现,而串联晶体振荡器则是以串联谐振的形式出现。为了更好的进行晶体振荡器的基本原理与电路设计分析,本文中晶鸿兴来分别对水晶材料基本特性和石英晶体振荡器电路的组成设计进行讲解。
技术探讨 发布时间 : 2024-08-29
石英晶振的制作工艺及流程
石英晶振是一种精细的电子元器件,是当前电子行业应用最为广泛的晶体振荡器之一。石英晶振的生产工艺流程非常复杂,需要一套完善的生产系统和细致的手工操作。JSK晶鸿兴将向您介绍石英晶振的生产工艺流程。
技术探讨 发布时间 : 2024-06-09
17年石英晶振专家晶鸿兴授权世强硬创代理,产品成本降低至50%
晶鸿兴产品月产量高达8000万只,广泛应用于安防、通讯、智能穿戴、服务器存储设备、物联网、汽车电子、电信、医疗等领域。
签约新闻 发布时间 : 2024-08-20
石英晶体振荡器详细解说
石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器,被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中,以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。本文中晶鸿兴来为大家详细解说石英晶体振荡器,希望对各位工程师朋友有所帮助。
技术探讨 发布时间 : 2024-08-28
无源晶振的电容应该如何选择?
无源晶振通常需要外部电容补偿电路。电容的选择对于晶振的波形质量、频率稳定性以及输出品质有着不可忽视的作用。那么,如何选择无源晶振电容呢?JSK晶鸿兴将从电容选取的重要性、电容类型、电容参数等几个方面来阐述。
技术探讨 发布时间 : 2024-05-31
OSC晶振的工作原理及作用
OSC晶振(Oscillated Crystal Oscillator)是一种基于晶体振荡的元器件,广泛应用于各种时钟、计时、计数等电子设备中。OSC代表“oscillated(振荡)”,其含义为OSC晶振是由晶振内蕴电路提供振荡,在电路系统中应用于时钟校准用的一种晶振。JSK晶鸿兴为大家介绍OSC晶振的工作原理及作用。
技术探讨 发布时间 : 2024-07-17
石英晶体振荡器的选型要点
石英晶体振荡器有多种封装,特点是电气性能规范多种多样。它有好几种不同的类型:电压控制晶体振荡器(VCXO)、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、恒温晶体振荡器(OCXO),以及数字补偿晶体振荡器(MCXO或DTCXO),每种类型都有自己的独特性能。本文中晶鸿兴来为大家介绍石英晶体振荡器的选型要点,希望对各位工程师朋友有所帮助。
技术探讨 发布时间 : 2024-08-27
电子商城
现货市场
服务
![](https://files.sekorm.com/opt/fileStore/srms/serviceManage/icon/2022/11/20afd0384d0f8bf7046fcc4f273a702c.png)
测试范围:扬兴晶振全系列晶体,通过对晶体回路匹配分析,调整频率、驱动功率和起振能力,解决频偏、不起振、干扰、频率错误等问题。技术专家免费分析,测完如有问题,会进一步晶振烧录/修改电路。
实验室地址: 深圳 提交需求>
![](https://files.sekorm.com/opt/fileStore/srms/serviceManage/icon/2021/06/edbb2d9d950dc08048bbc0ae62cf5770.png)
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>
登录 | 立即注册
提交评论