為了獲得穩定的振蕩，通常情況下石英晶體單元與振蕩電路的匹配十分重要。若電路結構與晶體單元的匹配中存在問題，就會產生頻率不夠穩定、停止起振或振蕩不穩定等問題。

石英晶體單元與微機一起使用時需要評估振蕩電路。確認該石英晶體單元與振蕩電路的匹配之際，至少要對振蕩頻率（頻率匹配）、振蕩裕度（負阻抗）和激勵功率的三項進行評估。

我們在上篇中已經說明了有關頻率匹配的內容，這次將解說振蕩裕度（負阻抗）和激勵功率的評估方法。

-振蕩裕度（負阻抗）的評估-

丨以測試MHz級為例丨

在石英晶體單元的HOT端子插入阻抗后檢測是否起振（測試負阻抗RN），是評估振蕩電路的負阻抗特性與振蕩裕度的簡單方法。

振蕩電路的能力可以通過改變插入的阻抗值（損失的大小）進行測試。

圖1：測試負阻抗的電路圖

負阻抗的絕對值等于所插入的阻抗值r和石英晶體單元連接負載時的等效阻抗（Re）之和——算式（1）

| -RN|=插入阻抗r+Re

算式（1）

石英晶體單元連接負載時的等效阻抗（Re）用以下算式（2）求出。

R1是石英晶體單元無負載電容時的等效串聯阻抗。

算式（2）

例如：

石英晶體單元常數（R1=33.7Ω、C0=1.11pF、CL=7.8pF）代入上述算式（2）后可算出等效阻抗（Re）約為44Ω。

這時的R1是石英晶體單元的實測值，而不是參數值。如果R1 的最大值是57Ω，Re受負載電容的影響而增加到74Ω，請注意。

通常來說，規格書會標明R1最大值（也有稱呼為ESR值，等效電阻的意思）。

圖2：插入阻抗測試負阻抗的情景

表1：基于負阻抗計算振蕩裕度（RN/Re）之例

在圖2的狀態下用示波器確認波形。逐漸增大插入的阻抗值r，尋找不起振的阻抗點。這時忽略因插入阻抗而引起的振蕩輸出下降和振蕩頻率的變化，只單純判定是否起振。決定負阻抗RN之后，計算振蕩裕度RN/Re（上述表1）。需要注意的是振蕩裕度低將引發各種不良現象，例如因電路特性不均而造成的振蕩不穩定、不起振或起振時間變長等。

振蕩裕度為5倍以上時，意味著振蕩電路具備激勵石英晶體單元的足夠能力（增幅度），通常不會發生問題。如果振蕩裕度在5倍以下，則建議變更振蕩電路的電路常數，或者增大負阻抗RN，或者減小石英晶體單元的等效串聯阻抗Re，使振蕩裕度保持在5倍以上。

雖然降低微調電容器（Cg、Cd）或限流電阻（Rd）等振蕩電路的電路常數可使負阻抗變大，振蕩裕度也將隨之變大，但需要提醒的是，振蕩電路的負載電容隨著電路常數的變化而變，這將促使振蕩頻率也出現變化。欲降低石英晶體單元的等效串聯電阻R1時，需要向石英晶體生產商提出要求。

-激勵功率的評估-

丨以測試MHz級為例丨

激勵功率指石英晶體單元振蕩時所消耗的電力。通常，激勵功率最好控制在石英晶體單元的規格參數內，一般在約100μW以下，但需注意的是各石英晶體生產商之間略有不同。

激勵功率過大時將引起振蕩頻率的變動、穩定度下降、等效電路參數變化或頻率失真等現象。激勵功率偏高還可能導致反復出現異常振蕩、引發故障的惡果。激勵功率（P）用下列算式（3）求出。

算式（3）

這里的I是流過石英晶體單元的電流，Re 是石英晶體單元帶負載時的等效電阻。如果激勵功率超過了規格參數，就需要調整振蕩電路的常數，使流過石英晶體單元的電流變小。降低Cg或Cd可使激勵功率變小，但振蕩電路的負載電容也將隨之而變。最簡單的方法是增大Rd，但損失將隨之增大、負阻抗將變小。激勵功率不能直接測定。把測試針放在與振蕩電路相組合的石英晶體單元HOT端子，用示波器測試施加電Vpp，基于實測值計算流過石英晶體單元的電流。

圖3：測試激勵功率的情景

把電流探針插在評估用石英晶體單元的端子上后，裝到印制板的石英晶體單元部。通過示波器確認振蕩后，根據波形測出Vpp。

例如，假設從示波器的波形得出Vpp=0.205V、測試探針的設定為1mA/div、探針阻抗為50Ω、示波器的測試量程為50mV/div以及石英晶體單元帶負載時等效電阻Re為45Ω，那么

Vpp/50[mV/div]=205/50=4.1div

4.1/（2√2）=1.45div

50[mV/div]/50Ω=1mA/div，

由此得出流過石英晶體單元的電流I為1.45div×1mA/div=1.45mA。

根據前頁算式（3）計算得出激勵功率P為1.45×1.45×45=95μW。

- 結尾 -

我們分兩次解說了振蕩電路的評估方法，制作最佳振蕩電路需要對（1）頻率匹配、（2）振蕩裕度（負阻抗）和（3）激勵功率分別進行最佳化。

雖然對上述任意一項均設定最佳電路常數的做法最為理想，但實際工作中也會出現不適合的情況。我們在最后匯總了這時的應對方法。

A 使用評估時的電路常數即可。

B 需要重審有關激勵功率的石英晶體單元規格參數。請確認本次評估結果的激勵功率是否影響石英晶體單元。

C 需要重審有關負阻抗的石英晶體單元規格參數。請考慮能否變更石英晶體單元等效串聯阻抗的規格參數R1，使振蕩裕度達到5 倍以上。

D 關于頻率匹配，需要考慮把事先規定的標準負載電容調整到裝配石英晶體單元的實際基板的負載電容。

E 需要采取組合“B＋C＋D”的應對方法。

F 需要采取組合“B＋C”的應對方法。

G 需要采取組合“B＋D”的應對方法。

H 需要采取組合“C＋D”的應對方法。

審核編輯 黃昊宇