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晶振應(yīng)用中之常見問題及解決方法

作者: 時間:2017-07-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  眾所周知,在電子行業(yè)有這樣一個形象的比喻:如果把MCU比作電路的“大腦”,那么毫無疑問就是“心臟”了。同樣,電路對“晶體”(以下均簡稱:“”)的要求也如一個人對心臟的要求一樣,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,如果晶振不工作,MCU就會停止導(dǎo)致整個電路都不能工作。然而很多工程師對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。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201707/362349.htm

  晶振不起振問題歸納

  1、物料參數(shù)選型錯誤導(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。必要時請與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、不匹配導(dǎo)致晶振不起振

  影響的三個指標(biāo):頻率誤差、負(fù)性阻抗、激勵電平。

  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。

  激勵電平過大或者過小也將會導(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)對晶振輸出的激勵電平。一般而言,激勵電平越小越好,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)商的時候需要對廠商的設(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)猓绻霈F(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、焊接時溫度過高或時間過長,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,會引起晶振特性的惡化或者不起振。焊接引腳時,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,對焊接時間和溫度的設(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間使用或者保存,會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線,避免帶來干擾。

  10、其他問題導(dǎo)致晶振不起振

  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,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,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)境溫度對其的影響,最可能出現(xiàn)的情況是激勵電平過大。

  解決辦法:將激勵電平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。

  有時晶振在過回流焊后會出現(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

  晶振設(shè)計、過程中的建議

  1、在PCB布線時,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晶振的影響。

  2、PCB布線的時候,盡量不要在晶振下面走信號線,避免對晶振產(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)計在中間,盡量靠邊一些。這是因?yàn)榫д裨O(shè)計在中間位置會因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)計位置盡量往中間靠,不要設(shè)計在邊沿位置。這是因?yàn)镻CB板小,一般SMT過回流焊都是多拼板,在分板的時候產(chǎn)生的機(jī)械張力會對晶振有影響,可能產(chǎn)生不良。

  5、在選擇晶振的型號及規(guī)格參數(shù)時,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),而且在價格上也會處于被動。

  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。



關(guān)鍵詞: 晶振 振蕩電路

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