|
眾所周知，在電子行業有這樣一個形象的比喻：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“晶體晶振”（以下均簡稱：“晶振”）的要求也如一個人對心臟的要求一樣，最需要的就是穩定可靠。晶振在電路中的作用就是為系統提供基本的頻率信號，如果晶振不工作，MCU就會停止導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的束手無策，缺乏解決問題的思路和辦法。 上海唐輝電子有限公司深耕晶振領域，有十數年的行業經驗，非常專業，行業公認，口碑相傳。從晶體晶振的選型推薦、振蕩電路匹配、參考方案設計、不良問題分析等方面有著豐富的經驗。本文由唐輝電子資深人員總結整理，秉承“工匠精神”“專注精神”，深入全面地總結晶振在應用過程中的一些常見故障分析和解決方案，凝聚十數年的總結心得，值得一讀和我司長期交友互動。 本文主要羅列出客戶端常見的晶振不良問題及解決方法。希望能對廣大工程師朋友有實質性的幫助。 一、晶振不起振問題歸納 1、物料參數選型錯誤導致晶振不起振 例如：某MCU需要匹配6PF的32.768KHz，結果選用12.5PF的，導致不起振。 解決辦法：更換符合要求的規格型號。必要時請與MCU原廠或者我們確認。 2、內部水晶片破裂或損壞導致不起振 運輸過程中損壞、或者使用過程中跌落、撞擊等因素造成晶振內部水晶片損壞，從而導致晶振不起振。 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，一旦有以上情況發生禁止再使用。 3、振蕩電路不匹配導致晶振不起振 影響振蕩電路的三個指標：頻率誤差、負性阻抗、激勵電平。 頻率誤差太大，導致實際頻率偏移標稱頻率從而引起晶振不起振。 解決辦法：選擇合適的PPM值的產品。 負性阻抗過大太小都會導致晶振不起振。 解決辦法：負性阻抗過大，可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調大來降低負性阻抗；負性阻抗太小，則可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調小來增大負性阻抗。一般而言，負性阻抗值應滿足不少于晶振標稱最大阻抗3-5倍。 激勵電平過大或者過小也將會導致晶振不起振 解決辦法：通過調整電路中的Rd的大小來調節振蕩電路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，還跟振蕩電路的穩定性和晶振的使用壽命有關。 4、晶振內部水晶片上附有雜質或者塵埃等也會導致晶振不起振 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，則也會導致晶振不起振。 解決辦法：更換新的晶振。在選擇晶振供應商的時候需要對廠商的設備、車間環境、工藝及制程能力予以考量，這關系到產品的品質問題。 5、晶振出現漏氣導致不起振 晶振在制程過程中要求將內部抽真空后充滿氮氣，如果出現壓封不良，導致晶振氣密性不好出現漏氣；或者晶振在焊接組裝過程中因為剪腳等過程中產品的機械應力導致晶振出現氣密性不良；均會導致晶振出現不起振的現象。 解決辦法：更換好的晶振。在制程和焊接組裝過程中一定要規范作業，避免誤操作導致產品損壞。 6、焊接時溫度過高或時間過長，導致晶振內部電性能指標出現異常而引起晶振不起振 以32.768KHz直插型為例，要求使用178°C熔點的焊錫，晶振內部的溫度超過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秒以內或者260°C以下10秒以內。不要在引腳的根部直接焊接，這樣也會導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范操作，對焊接時間和溫度的設定要符合晶振的組裝要求。如有疑問可與我們聯系確認。 7、儲存環境不當導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質量問題、軟件問題等導致晶振不起振 解決辦法：目前市場上面MCU散新貨、翻新貨、拆機貨、貼牌貨等魚龍混雜，如果沒有一定的行業經驗或者選擇正規的供貨商，則極易買到非正品。這樣電路容易出現問題，導致振蕩電路不能工作。另外即便是正品MCU，如果燒錄程序出現問題，也可能導致晶振不能起振。 9、EMC問題導致晶振不起振 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、其他問題導致晶振不起振 請與與我們聯系，幫您分析確認具體原因。 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。當電路中心頻率負偏時，說明CL偏大，可以減少晶振外接電容Cd和Cg的值。 2、晶振在工作中出現發燙，逐漸出現停振現象。 排除工作環境溫度對其的影響，最可能出現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來調節DL。 3、晶振在工作逐漸出現停振現象，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：出現這種情況是因為振蕩電路中的負性阻抗值太小，需要調整晶振外接電容Cd和Cg的值來達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。 出現這種情況一般來說引腳出現氧化現象，或者引腳鍍層脫落導致。 解決辦法：晶振的儲存環境相當重要，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，需要進一步確認。 5、同一個產品試用兩家不同晶振廠商的產品，結果不一樣。 出現這種情況很好理解，不同廠商的材料、制程工藝等都不一樣，會導致在規格參數上有些許差異。例如同樣是+/-10ppm的頻偏，A的可能大部分是正偏，B的可能大部分是負偏。 解決辦法：一般來說在這種情況下，如果是射頻類產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。如果是非射頻類產品則一般在指標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晶振外殼掉落的現象；有些是因為晶振受到外力撞擊等原因導致外殼脫落。 解決辦法：SMT廠在晶振過回流焊之前，請充分確認爐溫曲線是否滿足晶振的過爐要求，一般來說正規的晶振廠商提供的datasheet中都會提供參考值。 如果是外力因素導致的脫落則盡量避免這種情況發生。 7、其他不良問題 請與與我們聯系，幫您分析確認具體原因。 三、晶振設計、組裝過程中的建議 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，避免對晶振產生電磁干擾，從而導致振蕩電路不穩定。 3、如果你的PCB板比較大，晶振盡量不要設計在中間，盡量靠邊一些。這是因為晶振設計在中間位置會因PCB板變形產生的機械張力而受影響，可能出現不良。 4、如果你的PCB板比較小，那么建議晶振設計位置盡量往中間靠，不要設計在邊沿位置。這是因為PCB板小，一般SMT過回流焊都是多拼板，在分板的時候產生的機械張力會對晶振有影響，可能產生不良。 5、在選擇晶振的型號及規格參數時，工程師應盡量與晶振大廠商或者專業代理商確認，避免選擇的尺寸或者指標不常用，導致供貨渠道少、批量供貨周期長而影響生產，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，避免發生共振而損壞晶振導致不良。 7、如果您在振蕩電路設計過程中還有其他疑問，請隨時與我們聯系。我司聯系方式請訪問-上海唐輝電子官網。BTW，上海唐輝電子官網上，還有非常多的、質量非常高的、多年用心積累的FAE技術支持文件，供您參考，我們相信對您會有很大的、實質性的幫助。 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異常，經常讓工程師們抓狂，并且經常束手無策。因此選擇一家好的晶振供應商就顯得尤為重要了。“選擇晶振，選擇唐輝電子”，唐輝電子一直在不斷業界的晶振資源，從日系、臺系到國產品牌，從高端到低端的全方位覆蓋，我們都在努力，希望能滿足每一位客戶的需求。希望我們一流的產品和豐富的經驗能夠給予您更多的幫助，我們也歡迎各位研發工程師和我司真誠交友、長期互動。 BTW，由中國儀器儀表學會、《儀表技術》、上海儀器儀表研究所舉辦、我司參與的---中國智能儀器儀表設計大賽，每年一屆，歡迎您攜高水平作品參加。請加入到我們這個俱樂部來！!中國智能儀器儀表設計大賽官網：www.tang-sh.top |
