无源晶振测量输出频率的方法

时间： 2024-07-09 来源：晶鸿兴官网

代理服务

技术支持

批量订货

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。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 0
| 转发至：

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。

全部评论（0）

暂无评论

摄像头不能用可能与晶振有关系

随着美颜相机，网络直播，小视频等软件的出现，摄像头的使用就更为广泛了，如今网络已经普及几乎所有的网民都会用到摄像头这类的数码设备，不管是用来视频还是自拍摄像头的使用频率都在不断上涨。然而摄像头连接不上使用不了的情况大部分也都遇到过，那么为什么会出现这种情况呢？摄像头不能用的原因是什么？下面晶鸿兴科技就跟大家聊聊摄像头不能用的原因以及处理方法。

2024-09-11 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

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。

2024-07-28 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

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。

2024-08-06 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

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。

2024-07-09 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

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。

2024-07-18 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

介绍晶振根本分类

石英晶体振动器分非温度抵偿式晶体振动器、温度抵偿晶体振动器（TCXO）、电压操控晶体振动器（VCXO）、恒温操控式晶体振动器（OCXO）和数字化/μp抵偿式晶体振动器（DCXO/MCXO）等几品种型，各类型特点简介。

2024-09-22 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

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。

2024-07-09 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

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。

2024-06-09 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货

石英晶体谐振器频率的稳定和改善

石英晶体谐振器，是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件，主要用在各种电子线路中起产生频率的作用。所谓频率稳定，就是在各种外界环境条件发生变化时，石英晶体谐振器实际工作频率与指定频率之间偏差最小，稳定的振荡频率，才能使一些电路对信号能够正确处理准确输出，本文晶鸿兴科技将告诉你影响石英晶体谐振器频率稳定的因素有哪些。

2024-09-21 - 技术探讨代理服务技术支持批量订货