【经验】香港晶体分享负电阻测量方法

时间： 2022-12-05 来源：香港晶体官网

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一直以来，大多数设计工程师认为5到10的振荡余量(|–R|/RL)对于大多数晶体振荡器电路来说已经足够好了。事实上，这只是一些消费品的参考数字，但显然从未作为如汽车行业中严格的可靠性要求的指导。有许多考虑因素，如目标质量水平、振荡电路的特性（例如AGC、睡眠模式、驱动功率……）、晶体封装尺寸、工作频率等。这些证据证明所需的负电阻比传统工程师认为的要高得多。为可靠启动，高频基波晶体需-300至-2000 Ohm的–R，而中低频则需要-1200至-4000 Ohm。在将产品投入批量生产之前，必须仔细测量和调整电路的负电阻。此篇应用笔记介绍了一种实用的-R测量方法。

目前最常用的晶体振荡电路之一是皮尔斯门振荡器，如图1所示。它包括一个简单的非门、一个反馈电阻器Rf、两个外部负载电容器Ca和Cb以及一个晶体X1。

图1

等效电路如图2所示。在谐振时，晶体成为与电感LL串联的电阻RL。门放大器及其相关组件形成一个负电阻–R，与负载电容CL串联。

图2

等效负电阻(-R)可以通过一个简化的公式来估计：

上述公式是有一定假设的简化模型，应该仅用于粗略估计。一个更精确的模型将包括额外的晶体的寄生和C0。

图3显示了一种更实用的负电阻测量方法。如图4所示，附加电阻器Rtest（首选低电感）与晶体串联连接。Rtest将逐步被更高的电阻值所取代，直到振荡停止。振荡电压可以通过带有低电容探头（例如FET有源探头）的示波器在放大器输出(Vout)处测量。由于探头的负载效应和放大器的高输入阻抗，应避免在放大器输入端进行测量。Rtest和晶体RL的总电阻等于振荡器的负电阻。

图3

图4

负电阻可以表示为：

因为，

将(3)代入(2)，则，

晶体参数C0和Rs可以用KOLINKER KH1800等晶体网络分析仪测量，也可以用符合IEC60444-5和-11国际标准的测量方法测量。

举例：

27MHz晶体在振荡器中的参数是：

根据图（3）中的设置，测量了以下结果：

此例中，负电阻(-R)为-577.9 Ohm。

产品所需的最小负电阻在很大程度上取决于目标质量水平、工作频率、晶体封装尺寸和终端应用。数据可以从晶体制造商那里获得。在-R不足以实现目标质量水平的情况下，在大多数情况下可以通过降低外部负载电容Ca和Cb来改善。当然，必须重新进行CL和驱动功率的新匹配。频率误差预估也应被再检查。

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