“晶體晶振”應(yīng)用中之常見問題及解決方法

　　眾所周知，在電子行業(yè)有這樣一個(gè)形象的比喻：如果把MCU比作電路的“大腦”，那么晶振毫無疑問就是“心臟”了。同樣，電路對(duì)“晶體晶振”(以下均簡稱：“晶振”)的要求也如一個(gè)人對(duì)心臟的要求一樣，最需要的就是穩(wěn)定可靠。晶振在電路中的作用就是為系統(tǒng)提供基本的頻率信號(hào)，如果晶振不工作，MCU就會(huì)停止導(dǎo)致整個(gè)電路都不能工作。然而很多工程師對(duì)晶振缺乏足夠的重視和了解，而一旦出了問題卻又表現(xiàn)的束手無策，缺乏解決問題的思路和辦法。

　　一、晶振不起振問題歸納

　　1、 物料參數(shù)選型錯(cuò)誤導(dǎo)致晶振不起振

　　例如：某MCU需要匹配6PF的32.768KHz，結(jié)果選用12.5PF的，導(dǎo)致不起振。

　　解決辦法：更換符合要求的規(guī)格型號(hào)。必要時(shí)請(qǐng)與MCU原廠或者我們確認(rèn)。

　　2、 內(nèi)部水晶片破裂或損壞導(dǎo)致不起振

　　運(yùn)輸過程中損壞、或者使用過程中跌落、撞擊等因素造成晶振內(nèi)部水晶片損壞，從而導(dǎo)致晶振不起振。

　　解決辦法：更換好的晶振。平時(shí)需要注意的是：運(yùn)輸過程中要用泡沫包厚一些，避免中途損壞;制程過程中避免跌落、重壓、撞擊等，一旦有以上情況發(fā)生禁止再使用。

　　3、 振蕩電路不匹配導(dǎo)致晶振不起振

　　影響振蕩電路的三個(gè)指標(biāo)：頻率誤差、負(fù)性阻抗、激勵(lì)電平。

　　頻率誤差太大，導(dǎo)致實(shí)際頻率偏移標(biāo)稱頻率從而引起晶振不起振。

　　解決辦法：選擇合適的PPM值的產(chǎn)品。

　　負(fù)性阻抗過大太小都會(huì)導(dǎo)致晶振不起振。

　　解決辦法：負(fù)性阻抗過大，可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調(diào)大來降低負(fù)性阻抗;負(fù)性阻抗太小，則可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調(diào)小來增大負(fù)性阻抗。一般而言，負(fù)性阻抗值應(yīng)滿足不少于晶振標(biāo)稱最大阻抗3-5倍。

　　激勵(lì)電平過大或者過小也將會(huì)導(dǎo)致晶振不起振

　　解決辦法：通過調(diào)整電路中的Rd的大小來調(diào)節(jié)振蕩電路對(duì)晶振輸出的激勵(lì)電平。一般而言，激勵(lì)電平越小越好，處理功耗低之外，還跟振蕩電路的穩(wěn)定性和晶振的使用壽命有關(guān)。

　　4、 晶振內(nèi)部水晶片上附有雜質(zhì)或者塵埃等也會(huì)導(dǎo)致晶振不起振

　　晶振的制程之一是水晶片鍍電極，即在水晶片上鍍上一次層金或者銀電極，這要求在萬級(jí)無塵車間作業(yè)完成。如果空氣中的塵埃顆粒附在電極上，或者有金渣銀渣殘留在電極上，則也會(huì)導(dǎo)致晶振不起振。

　　解決辦法：更換新的晶振。在選擇晶振供應(yīng)商的時(shí)候需要對(duì)廠商的設(shè)備、車間環(huán)境、工藝及制程能力予以考量，這關(guān)系到產(chǎn)品的品質(zhì)問題。

　　5、 晶振出現(xiàn)漏氣導(dǎo)致不起振

　　晶振在制程過程中要求將內(nèi)部抽真空后充滿氮?dú)?，如果出現(xiàn)壓封不良，導(dǎo)致晶振氣密性不好出現(xiàn)漏氣;或者晶振在焊接過程中因?yàn)榧裟_等過程中產(chǎn)品的機(jī)械應(yīng)力導(dǎo)致晶振出現(xiàn)氣密性不良;均會(huì)導(dǎo)致晶振出現(xiàn)不起振的現(xiàn)象。

　　解決辦法：更換好的晶振。在制程和焊接過程中一定要規(guī)范作業(yè)，避免誤操作導(dǎo)致產(chǎn)品損壞。

　　6、 焊接時(shí)溫度過高或時(shí)間過長，導(dǎo)致晶振內(nèi)部電性能指標(biāo)出現(xiàn)異常而引起晶振不起振

　　以32.768KHz直插型為例，要求使用178°C熔點(diǎn)的焊錫，晶振內(nèi)部的溫度超過150°C，會(huì)引起晶振特性的惡化或者不起振。焊接引腳時(shí)，280°C下5秒以內(nèi)或者260°C以下10秒以內(nèi)。不要在引腳的根部直接焊接，這樣也會(huì)導(dǎo)致晶振特性的惡化或者不起振。

　　解決辦法：焊接制程過程中一定要規(guī)范操作，對(duì)焊接時(shí)間和溫度的設(shè)定要符合晶振的要求。如有疑問可與我們聯(lián)系確認(rèn)。

　　7、 儲(chǔ)存環(huán)境不當(dāng)導(dǎo)致晶振電性能惡化而引起不起振

　　在高溫或者低溫或者高濕度等條件下長時(shí)間使用或者保存，會(huì)引起晶振的電性能惡化，可能導(dǎo)致不起振。

　　解決辦法：盡可能在常溫常濕的條件下使用、保存，避免晶振或者電路板受潮。

　　8、 MCU質(zhì)量問題、軟件問題等導(dǎo)致晶振不起振

　　解決辦法：目前市場上面MCU散新貨、翻新貨、拆機(jī)貨、貼牌貨等魚龍混雜，如果沒有一定的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)或者選擇正規(guī)的供貨商，則極易買到非正品。這樣電路容易出現(xiàn)問題，導(dǎo)致振蕩電路不能工作。另外即便是正品MCU，如果燒錄程序出現(xiàn)問題，也可能導(dǎo)致晶振不能起振。

　　9、 EMC問題導(dǎo)致晶振不起振

　　解決辦法：一般而言，金屬封裝的制品在抗電磁干擾上優(yōu)于陶瓷封裝制品，如果電路上EMC較大，則盡量選用金屬封裝制品。另外晶振下面不要走信號(hào)線，避免帶來干擾。

　　10、其他問題導(dǎo)致晶振不起振

　　二、晶振其他不良問題歸納：

　　1、頻率偏移超出正常值。

　　解決辦法：當(dāng)電路中心頻率正偏時(shí)，說明CL偏小，可以增加晶振外接電容Cd和Cg的值。當(dāng)電路中心頻率負(fù)偏時(shí)，說明CL偏大，可以減少晶振外接電容Cd和Cg的值。

　　2、晶振在工作中出現(xiàn)發(fā)燙，逐漸出現(xiàn)停振現(xiàn)象。

　　排除工作環(huán)境溫度對(duì)其的影響，最可能出現(xiàn)的情況是激勵(lì)電平過大。

　　解決辦法：將激勵(lì)電平DL降低，可增加Rd來調(diào)節(jié)DL。

　　3、晶振在工作逐漸出現(xiàn)停振現(xiàn)象，用手碰觸或者用電烙鐵加熱晶振引腳又開始工作。

　　解決辦法：出現(xiàn)這種情況是因?yàn)檎袷庪娐分械呢?fù)性阻抗值太小，需要調(diào)整晶振外接電容Cd和Cg的值來達(dá)到滿足振蕩電路的回路增益。

　　4、晶振虛焊或者引腳、焊盤不吃錫。

　　出現(xiàn)這種情況一般來說引腳出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，或者引腳鍍層脫落導(dǎo)致。

　　解決辦法：晶振的儲(chǔ)存環(huán)境相當(dāng)重要，常溫、常濕下保存，避免受潮。另外晶振引腳鍍層脫落，可能跟晶振廠商或者SMT廠商的制程工藝有關(guān)，需要進(jìn)一步確認(rèn)。

　　5、同一個(gè)產(chǎn)品試用兩家不同晶振廠商的產(chǎn)品，結(jié)果不一樣。

　　出現(xiàn)這種情況很好理解，不同廠商的材料、制程工藝等都不一樣，會(huì)導(dǎo)致在規(guī)格參數(shù)上有些許差異。例如同樣是+/-10ppm的頻偏，A的可能大部分是正偏，B的可能大部分是負(fù)偏。

　　解決辦法：一般來說在這種情況下，如果是射頻類產(chǎn)品最好讓晶振廠商幫忙做一些電路匹配測試，這樣確保電路匹配的最好。如果是非射頻類產(chǎn)品則一般在指標(biāo)相同的情況下可以兼容。

　　6、晶振外殼脫落。

　　有時(shí)晶振在過回流焊后會(huì)出現(xiàn)晶振外殼掉落的現(xiàn)象;有些是因?yàn)榫д袷艿酵饬ψ矒舻仍驅(qū)е峦鈿っ撀洹?/p>

　　解決辦法：SMT廠在晶振過回流焊之前，請(qǐng)充分確認(rèn)爐溫曲線是否滿足晶振的過爐要求，一般來說正規(guī)的晶振廠商提供的datasheet中都會(huì)提供參考值。

　　如果是外力因素導(dǎo)致的脫落則盡量避免這種情況發(fā)生。

　　7、其他不良問題

　　三、晶振設(shè)計(jì)、過程中的建議

　　1、在PCB布線時(shí)，晶振電路的走線盡可能的短直，并盡可能靠近MCU。盡量降低振蕩電路中的雜散電容對(duì)晶振的影響。

　　2、PCB布線的時(shí)候，盡量不要在晶振下面走信號(hào)線，避免對(duì)晶振產(chǎn)生電磁干擾，從而導(dǎo)致振蕩電路不穩(wěn)定。

　　3、如果你的PCB板比較大，晶振盡量不要設(shè)計(jì)在中間，盡量靠邊一些。這是因?yàn)榫д裨O(shè)計(jì)在中間位置會(huì)因PCB板變形產(chǎn)生的機(jī)械張力而受影響，可能出現(xiàn)不良。

　　4、如果你的PCB板比較小，那么建議晶振設(shè)計(jì)位置盡量往中間靠，不要設(shè)計(jì)在邊沿位置。這是因?yàn)镻CB板小，一般SMT過回流焊都是多拼板，在分板的時(shí)候產(chǎn)生的機(jī)械張力會(huì)對(duì)晶振有影響，可能產(chǎn)生不良。

　　5、在選擇晶振的型號(hào)及規(guī)格參數(shù)時(shí)，工程師應(yīng)盡量與晶振大廠商或者專業(yè)代理商確認(rèn)，避免選擇的尺寸或者指標(biāo)不常用，導(dǎo)致供貨渠道少、批量供貨周期長而影響生產(chǎn)，而且在價(jià)格上也會(huì)處于被動(dòng)。

　　6、帶有晶振的電路板一般不建議用超聲波清洗，避免發(fā)生共振而損壞晶振導(dǎo)致不良。

　　雖然一般的晶振價(jià)格都比較便宜，在電路上也不那么起眼，但是晶振現(xiàn)在越來越受工程師的重視了。最直接的原因就是如果晶振出現(xiàn)異常，經(jīng)常讓工程師們抓狂，并且經(jīng)常束手無策。因此選擇一家好的晶振供應(yīng)商就顯得尤為重要了。