【序文】

為了獲得穩(wěn)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(jié)構(gòu)與晶體單元的匹配中 存在問題，就會產(chǎn)生頻率不夠穩(wěn)定、停止起振或振蕩不穩(wěn)定等問題。石英晶體單元與微機(jī)一起使用時(shí)，需要評 估振蕩電路。確認(rèn)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(fù)阻抗） 和激勵功率的三項(xiàng)進(jìn)行評估。本次將說明確認(rèn)石英晶體單元和振蕩電路匹配性的評估工作。

【1】 評估振蕩頻率（頻率匹配）之前的準(zhǔn)備

一般，石英晶體生產(chǎn)商基于電路設(shè)計(jì)方所提出的石英晶體單元振蕩頻率（FL）、負(fù)載電容（CL 值）和振蕩頻 率可容誤差(Δf）的三項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)載電容（CL 值）使晶體單元起振，并調(diào)整振蕩頻率和可容誤差。

需要注意的是，事先指定的負(fù)載電容（CL 值）中沒有考慮實(shí)際的基板中因各種因素而產(chǎn)生的電容（雜散電 容）。雜散電容是造成振蕩頻率精度下降的因素之一，所以應(yīng)當(dāng)考慮到其影響，或者讓石英晶體生產(chǎn)商更改石英 晶體單元的振蕩頻率，或者由電路設(shè)計(jì)方重新調(diào)整雜散電容。這是振蕩頻率匹配工作的大致框架。

在實(shí)際評估匹配之前，請確認(rèn)評估用石英晶體單元的以下三項(xiàng)參數(shù)：

1.標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容值

負(fù)載電容是在振蕩電路中從石英晶體單元的兩端來看振蕩電路時(shí)的電容。

原則是電路設(shè)計(jì)方所指定的數(shù)值。

2.標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容的石英晶體單元振蕩頻率（FL）

振蕩頻率（FL）指以標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容的振蕩電路驅(qū)動石英晶體單元時(shí)的振蕩頻率。

使用室溫條件下的數(shù)據(jù)，不考慮雜散電容等因素。

3.石英晶體單元的等效電路常數(shù)

指不考慮等效串聯(lián)阻抗（R1）、等效串聯(lián)電容（C1）、等效串聯(lián)電感（L1）、等效并聯(lián)電容（C0）和負(fù)載電容 的石英晶體單元自身的振蕩頻率（Fr）等常數(shù)。

測試石英晶體單元等效電路常數(shù)時(shí)通常使用電感測試器或網(wǎng)絡(luò)分析儀。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試石英晶體單元 后得出等效電路定數(shù)的方法最為理想。但是， 由于設(shè)備不全等原因而不能由電路設(shè)計(jì)方進(jìn)行石英晶體單元 的測試時(shí)，建議電路設(shè)計(jì)方向所購買的晶體單元生產(chǎn)商提出測試要求。

【2】 振蕩頻率（頻率匹配）的評估 這里開始進(jìn)入實(shí)際評估工作。

首先確認(rèn)石英晶體單元（評估用晶體單元）和振蕩電路一起安裝在基板的狀態(tài)下的振蕩頻率。

這被稱為“確認(rèn)頻率匹配狀況”。掌握安裝在基板上時(shí)的振蕩頻率和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容時(shí)的振蕩頻率之差，就能夠確 認(rèn)基板的實(shí)際電容（電路側(cè)電容）與事先指定的標(biāo)準(zhǔn)電容之間所產(chǎn)生的偏差。這里所指的基板電容包括從石英晶 體單元看振蕩電路時(shí)的電容（負(fù)載電容），也包括起因于基板導(dǎo)電圖案等的雜散電容。

其次準(zhǔn)備評估石英晶體單元和振蕩電路的匹配所需測試儀器。

評估所需基本測試儀器有直流電源、頻率計(jì)、示波器、FET 探針和電流探針等。圖 1 顯示測試儀器基本組成例。

首先把 FET 探針放在石英晶體單元的 HOT 端子上（圖2），示波器中顯示波形、頻率計(jì)顯示頻率。

例如，不考慮負(fù)載電容的石英晶體單元的振蕩頻率（Fr）為 12MHz 時(shí)，若其標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容時(shí)的振蕩頻率（FL） 為 12.000034MHz，假設(shè)將該石英晶體單元安裝在基板上后使用 FET 探針實(shí)際測試得出的振蕩頻率（FR）為 12.000219MHz，就可以得出兩者（在基板上實(shí)裝石英晶體單元后的振蕩頻率（FR ）與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容時(shí)石英晶體 單元的振蕩頻率）之間的差為+185Hz，出現(xiàn)了+15.4ppm 的差異。

這個差越接近零，頻率精度越高。

使上述 FR 和 FL 的差接近零的方法有兩種。

第一種方法是從石英元件生產(chǎn)商處購買振蕩頻率（中心頻率）比現(xiàn)在偏移+15.4ppm 的石英晶體單元。另一種方 法是對振蕩電路的負(fù)載電容進(jìn)行微調(diào)整，以此得到相應(yīng)的振蕩頻率。

在下一項(xiàng)中將介紹對負(fù)載電容進(jìn)行微調(diào)整的匹配方法。

【3】 對負(fù)載電容進(jìn)行微調(diào)整來匹配頻率的方法 計(jì)算負(fù)載電容時(shí)需要前述的數(shù)據(jù)。

·石英晶體單元等效電路常數(shù)（Fr、R1 、C1 、L1 、C0）

·實(shí)裝在基板后的振蕩頻率（FR）

根據(jù)這些數(shù)據(jù)使用以下算式計(jì)算負(fù)載電容（CL）。

算式(1)

具體計(jì)算舉例如下：

假設(shè)石英晶體單元的額定頻率為 12MHz，振蕩電路的負(fù)載電容（CL）為 7.8pF。 這里的額定頻率指使用規(guī)定負(fù)載電容的振蕩電路的條件下的振蕩頻率（FL）。

假定用網(wǎng)絡(luò)分析儀對該石英晶體單元進(jìn)行測試后得到了下列各常數(shù)：

FR=12.000219 MHz

Fr＝11.998398 MHz

R1＝33.7 ohm L1＝70.519 mH C1=2.495 fF

C0=1.11 pF

這里重申 Fr 是石英晶體單元自身的振蕩頻率。把這些常數(shù)代入算式（1）就可以求出 CL=7.11pF。

從求出的值可以得出與先前所指定的振蕩電路負(fù)載電容（CL）等于 7.8pF 之間的差為 0.69pF。只要把差調(diào)整到零， 事先所指定的振蕩電路負(fù)載電容就與在印制基板上實(shí)裝石英晶體單元時(shí)的電容相等。

因此，理論上頻率公差也變?yōu)榱悖憧傻玫绞孪人付ǖ恼袷庮l率。

實(shí)際調(diào)整振蕩電路的負(fù)載電容時(shí)，將變更圖 3 的 Cg 和 Cd ，以符合事先指定的標(biāo)準(zhǔn)電容。這時(shí)， Cg 和 Cd 的大致數(shù)值可以使用下列算式（2）計(jì)算得出。

這里的 Ci 表示振蕩電路的實(shí)際負(fù)載電容（CL），Cs 則表示印制基板的導(dǎo)線圖案和部品的寄生電容等。Ci 只要等于 事先指定的標(biāo)準(zhǔn)電容 CL（晶體單元單體電容 CL）即可，所以可以使用下列算式（3）和算式（4）算出。

Cg 和 Cd 是從規(guī)定的晶體單元單體負(fù)載電容減去 Cs 后的數(shù)值。計(jì)算得出的只是大致數(shù)值。實(shí)際調(diào)整 Cg 和 Cd 時(shí)建 議邊確認(rèn)振蕩頻率邊進(jìn)行頻率匹配。

如果振蕩電路的 Cg 和 Cd 難以變更，可以通過調(diào)整晶體單元的負(fù)載電容進(jìn)行頻率匹配。這種情況下可以讓石英 晶體單元生產(chǎn)商把晶體單元電容調(diào)整為電路電容后購買，再對其進(jìn)行匹配評估確認(rèn)結(jié)果。但需要注意的是，電路 的負(fù)載電容與振蕩頻率變化量成反比。因此，當(dāng)振蕩電路的負(fù)載電容較小時(shí)，容易受到振蕩電路微小的特性變化 的影響，導(dǎo)致頻率穩(wěn)定度惡化。所以，關(guān)鍵在于根據(jù)機(jī)器用途而設(shè)定適宜條件。