标签: 晶振不起振

晶振提供精确的时钟信号以驱动电路的正常运行。有时即便晶振有电压供应，仍可能出现不起振的现象。今天，凯擎小妹将为大家盘点一下导致这种情况的常见原因。 电路设计： 晶振需要特定的 负载电容 才能正常起振。负载电容是指连接在晶振两端的有效电容。过大或过小的负载电容都会导致晶振无法正常工作。 反馈电路 在晶振电路中起着至关重要的作用。它将输出信号的一部分反馈到输入端，以维持振荡。合适的反馈电阻和电容可以确保晶振的稳定振荡。 晶振问题： 晶振在运输或安装过程中可能受到 物理冲击 ，导致内部结构损坏，从而无法起振。晶振随着时间的推移可能会 老化 ，或者由于 制造缺陷 而失效。这些问题都会影响其正常工作。 电源问题： 晶振需要 稳定的 电源电压 才能正常工作。如果电压不足或不稳定，可能导致晶振不起振。 电源噪声 会干扰晶振的正常工作。使用滤波器可以有效降低电源噪声，确保晶振的稳定性。 电路板设计： 不合理的PCB布局 可能导致信号干扰，从而影响晶振的正常工作。 不良的焊接 可能导致晶振与电路板的连接不良，应确保焊接点牢固。 环境因素： 极端的温度和高湿度 环境 可能影响晶振的性能。确保设备在适宜的环境条件下工作，可以延长晶振的使用寿命。 如何进行排查 检查负载电容和反馈电路是否与晶振规格匹配 测量晶振两端的电压，确认供电正常 使用示波器观察晶振的 输出波形 ，判断是否起振 更换新的晶振进行测试，排除晶振本身的问题 检查焊接质量和PCB布局，排除电路板问题

电路板上的芯片附近总有晶振的身影，芯片的规格书中也写到了晶振的连接引脚图。不同于振荡器，谐振器需要匹配外部谐振电路才可以输出信号，自身无法振荡。 0 1 负载电容 每个晶体都有负载电容值。32.768kHz晶体常用的负载电容有6，7，9，12.5pF。MHz晶体常见的有8，9，12，15，18，20pF。 如果MCU写明需要特定负载电容的谐振器，用户仍需要精准匹配外部电容使其正常工作，否则可能会导致不起振。 根据负载电容选择匹配电容C1和C2： 杂散电容Cstray的值一般为4~6pF，大小值取决于电路的走线布局，处理器的引脚电容等。 通常匹配电容相等： 02 CL大小的影响 如果负载电容CL很大，静态电容C0的改变对频率变化的影响很小，频率更加稳定。所以负载高，远端相位噪声好；若数过大，则很难调整到标称频率，晶振不容易起振。相反，如果负载电容CL很小，静电容C0的微小变化会造成频率的明显变化。近端相位噪声好，容易调整频率，晶振容易起振。 在选择晶体的负载电容时，我们要尽量权衡能量损耗和频率的稳定性。 03 无源晶振不起振原因 - 激励功率: 如果激励功率过大可能破坏晶体的内部机理，引起振荡频率异常、稳定度下降、频率失真等现象，更为严重的导致电极受损。在电路设计时，KOAN小妹建议您确认所使用的激励等级绝对不超过最大激励等级。 - 焊接: 如果焊接操作不当会对晶振造成损伤，严重时会造成停振；或造成软伤害，即使可以正常工作，在未来的使用中也会造成停振的现象。 - PCB布局: 如果PCB板很大需要进行切割，那么切割的边缘会因为变形而产生机械张力，会对晶振产生影响。晶振需要远离PCB板边缘的地方。凯擎小妹建议应优先将晶振放在中间的地方。 04 关于KOAN晶振 晶振各项参数的分析应使用专业晶振测试仪器。S&A250B网络分析仪可以测量各尺寸直插及贴片石英晶体谐振器，可以提供精确的，重复性好的晶体测量方式，测量超过40种不同的参数。S&A280B测量石英晶体振荡器，分析输出波形及各类电性能参数。 判断晶振性能优良还需要结合频率误差、温度稳定性、起振时间、相位噪声与抖动等参数。KOAN可以快速高水平满足客户的需求、精准化匹配、快速故障分析。

晶振可以产生CPU执行命令时需要的时钟频率信号。晶振不起振会导致整个设备无法正常工作。面对失效的晶振，我们可以从以下几点分析其原因： 1. 参数： 在考虑参数，电路和应用的同时，也需要结合实际工作的环境(例如：终端产品应用在高振动，高冲击的环境；有外部磁场干扰的环境；高低温温湿度有差异的环境)。 2. 负载电容： 如果MCU写明需要特定负载电容的谐振器，用户仍需要精准匹配外部电容使其正常工作，否则可能会导致不起振。 3. 频率误差： 选择合适温度范围和温度频差可以保证晶体的输出频率以及各种性能都符合指标的工作温度范围。 4. 负性阻抗： 石英晶体振荡器的振幅条件是振荡起动及能正常持续振荡的条件，回路上的负性电阻绝对值│-R│。 建议振荡宽限为晶振等效串联电阻RR的5倍之上：│-R│≥ 5RR；电路进入正常振荡状态时│-R│变小：达到RR=│-R│。 负性电阻|- R| = Rtest+ Re Rtest=与晶振串联连接纯电阻 Re=振荡时的有效电阻=R1(1+C0/CL)^2 5. 激励电平 如果激励功率过大可能破坏晶体的内部机理，引起振荡频率异常、稳定度下降、频率失真等现象，更为严重的导致电极受损。在电路设计时，KOAN小妹建议您确认所使用的激励等级绝对不超过最大激励等级。 6. 噪声 低噪声晶振主要减少振荡器内部噪声对输出信号的影响，以获得短期频率稳定性的晶体振荡器。 7. 焊接 如果焊接操作不当会对晶振造成损伤，严重时会造成停振；或造成软伤害，即使可以正常工作，在未来的使用中也会造成停振的现象。 8. PCB布局 如果PCB板很大需要进行切割，那么切割的边缘会因为变形而产生机械张力，会对晶振产生影响。晶振需要远离PCB板边缘的地方。凯擎小妹建议应优先将晶振放在中间的地方。 --------------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------------- 晶振各项参数的分析应使用专业晶振测试仪器。S&A250B网络分析仪可以测量各尺寸直插及贴片石英晶体谐振器，可以提供精确的，重复性好的晶体测量方式，测量超过40种不同的参数。S&A280B测量石英晶体振荡器，分析输出波形及各类电性能参数。 判断晶振性能优良还需要结合频率误差、温度稳定性、起振时间、相位噪声与抖动等参数。KOAN可以快速高水平满足客户的需求、精准化匹配、快速故障分析。

参数 如果 MCU 写明需要特定负载电容的谐振器，用户仍需要精准匹配外部电容使其正常工作，否则可能会导致不起振。 KOAN 晶振产品页面列出必选的参数，下图为 KX70 谐振器页面截图： 振荡电路匹配 振荡电路是能够产生大小和方向随着周期发生变化的振荡电流。这种振荡电流电路称为振荡电路。 激励电平：调整电路中的串联电阻 Rd 的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。 负性阻抗：负性阻抗过大，增加 Rd ，使回路整体阻抗变大；负性阻抗过小，减小 Rd ，使回路整体阻抗变小。电路的负性阻抗应控制在晶片 ESR 的 3~20 倍之间。 焊接 焊接温度过高或者时间过长，晶振内部电性能指标出现异常引起的不起振。 KOAN 晶振分为手工焊接和机器焊接 ( 波峰焊和回流焊 ) 。手工焊接烙铁头温度控制在 350℃/3s 或者 260℃/5s 。 其它 工作一阵后出现停振现象可以通过交叉试验来判断晶体是否损坏。如果是个别损坏，应考虑 IC 驱动功率是否设置好；如果是批量损坏，应考虑驱动功率是否有过大的问题。 如果在电路调试阶段已经发现晶体有少量不起振的现象，可能是晶体批次质量存在问题。若晶体质量出现问题，建议交给供方做质量分析。 凯擎小妹建议 1. 预算高选择有源晶振 / 振荡器，预算低选择无源晶振 / 谐振器 ; 2. 应用性能要求：如果应用在高精度高端产品上，建议选择有源晶振 / 振荡器；如果应用对频率稳定率要求不高，如玩具等一般消费类电子，建议选择性价比高的无源晶振 / 谐振器。 3. 有源晶振 / 振荡器可为时钟振荡器， TCXO 温补晶振， VCXO 压控振荡器， OCXO 恒温晶振，可以实现更宽的温度范围和更高的稳定度。

石英晶体在设备中用作时间或者频率的基准源，堪称设备的心脏，决定电子设备的稳定性。晶振不起振会导致整个设备无法正常工作。那么，晶振不起振的原因有哪些呢？ 1. 参数 如果MCU写明匹配电容的谐振器，若匹配不合适，则可能会导致不起振。需要根据要求选择规格型号。以KX70谐振器为例，参数选择时需要考虑频率，负载电容，调整频差，温度频差，以及温度范围. 2. 振荡电路匹配 频差：选择频差太大的晶振会导致实际频率偏移标称频率，导致不起振。选型时要根据应用和需要选择合适的ppm。更多信息前往《 晶振精度ppm 》 激励电平：调整电路中的串联电阻Rd的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。 负性阻抗：负性阻抗过大，增加Rd，使回路整体阻抗变大；负性阻抗过小，减小Rd，使回路整体阻抗变小。电路的负性阻抗应控制在晶片ESR的3~20倍之间。 3. 焊接 焊接温度过高或者时间过长，晶振内部电性能指标出现异常引起的不起振。KOAN晶振分为手工焊接和机器焊接(波峰焊和回流焊)。手工焊接烙铁头温度控制在350℃/3s或者260℃/5s。圆柱谐振器如果焊接温度过高或者加热时间过长会引起玻璃珠部分和内部结构损坏。焊接过程一定要规范操作，对焊接的时间和温度要严格的把控。 ------------------------------------- 如果出现晶体振荡回路频率不准, 温度变化精度不准, 批量使用出现不起振的, 工作一段时间出现不工作的现象, 频率不准确超出出厂标准, 通讯错误, IC通讯异常......晶体质量可能出现问题，需要交给供方做质量分析报告。如果确认不是晶体质量出现问题，应考虑晶体振荡回路没有匹配好，或者选型错误，或者功率问题。