受热起振或受热停振,都说明晶振的工作不稳定。
那么,为何在电路中,晶振会因工作温度的变化而出现频率不稳定的现象呢?
原因有二:一则是晶振本身品质不良;二则是振荡电路出现问题。
首先,当晶振本身品质不良,常见为晶振电阻在某个高温区域出现跳变,主要是突然变大时,晶振将会停振。另外一种现象是晶振低温停振。这里需要说明的是,石英晶体本身存在“温漂”的物理特性,“温漂”指的是晶振在温度变化下会存在频率漂移现象,频偏会加大但并不会停振。
温度变化导致晶振停振的原因主要归因于晶振的制程,比如石英晶片制程不达标或晶振封装之前内部仍存有杂质所致。幸运的是,这些晶振不良品一般均可以在晶振厂家端通过高低温测试环节轻易排除。
关于晶振受热起振问题,比如用手摸一摸,或用热吹风机吹一吹,晶振就可以正常工作,我们主要把这种现象归因于“频偏”。晶振外围负载电容的变化导致处于频率边缘值工作的晶振瞬间往中心频率靠近。简而言之,或因晶振本身精度不够,或因负载电容不匹配,或因电路板杂散电容过多,这些因素当中的任何一个都导致了晶振没有处于正常或最佳状态下工作。举例来说,作为孤勇者的你一直在靠近悬崖边侧高速行驶。之所以还没有掉下去,可能要感谢你那神一般的车技,同时再加上那突如其来一阵风或路侧凸出的那堆杂草虬枝。但是,我们还是必须要承认无源晶振选型及电路匹配真的非常重要。匹配好的晶振电路,就如同汽车始终安全的行驶在路中间,既不会擦碰到一侧的山石,也不会跌落下山崖。
最后有一个例外,故事开始总是这么雷同:
晶振用手摸一摸,热吹风吹一吹,或者再换一颗晶振,一切就正常了,因此初步推断为晶振不良。然而,上电测试时晶振有正常频率信号输出。针对晶振单体测试,各项电气参数正常,这不是活久见,这分明是活见鬼!再然后,经过各种神操作来进行排查,最终锁定为IC不良,原因是在X光下观测到IC引脚存在暗脚。当温度升高时,IC断路引脚受热膨胀导致电路短暂导通。更换IC后,不良现象得到根除。真相只有一个,而真理也总是需要论证!
拓展阅读:
晶振在温度升高后停止振荡的现象被称为停振,可能由以下几个原因引起:
1、振荡条件的变化:
振荡电路必须满足特定的相位和增益条件才能维持振荡。温度变化可能改变电路参数,使振荡条件不再满足,进而停止振荡。
2、温度过高引起的损伤:
过热会损坏晶振或其周围的电路元件,可能永久改变晶体的电学特性,导致振荡停止。
电路中的热漂移: 温度变化会引起电路元件性能漂移,使电路不能再维持振荡所需的条件。
3、封装应力变化:
温度变化会导致晶振封装材料的应力变化,影响晶体的机械共振特性和振荡能力。
预防和解决措施
要避免或减轻晶振在温度变化下的起振或停振问题,可以采取以下措施:
1、选择合适的晶振:
根据应用环境选择具有适当温度稳定性的晶振,或者使用TCXO。
2、优化电路:
确保振荡电路在宽温度范围内能够稳定工作,选择低温漂的元件,适当调整电路参数以适应温度变化。
3、散热:
通过适当的散热措施控制电路温度,避免晶振和其他元件过热。