常見的幾個晶振工作不穩定問題歸納:
1、元件選型與MCU不匹配
例如:你用的MCU是需要搭配一個負載電容為6PF、標稱頻率為32.768KHz的晶振,結果你卻選用負載電容為12.5PF的,這樣負載電容參數不對肯定導致不起振。
解決辦法:你要與MCU原廠確認并換成符合要求的規格型號就OK。
2、也許是內部晶片破損導致不起振,這個可能是運輸或者使用過程中的跌落、撞擊等因素造成。
解決辦法:換一個新的晶振。在運輸包裝過程中要增加點泡沫材料,包厚一點來增加緩沖,避免暴力裝運而損壞;生產制作過程中避免跌落、重壓、撞擊等現象發生。
3、也許是振蕩電路不匹配導致晶振不起振。影響振蕩電路的三個參數:頻率誤差、負性阻抗、激勵電平。
解決辦法:
3.1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,需要更換合適PPM值的元件。
3.2當負性阻抗過大,可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調大來降低負性阻抗;
3.3當負性阻抗太小,則可以將晶振外接電容Cd和Cg的值調小來增大負性阻抗。
3.4激勵電平過大或者過小時,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。通常來說激勵電平越小越好,除處理功耗低之外,還跟振蕩電路的穩定性和晶振的使用壽命有關。
一般來說,注意晶體的各參數,選擇合適的PPM值的元件,調整負性阻抗過(一般負性阻抗值應滿足不少于晶振標稱最大阻抗3-5倍),通過調整Rd就能解決一大部分不起振的問題。
4、可能是晶振本身品質問題,當晶振在生產制造過程中有雜質或塵埃污染了晶片,也會導致晶振不起振;或者晶振的水晶片鍍電極制程中受空氣中塵埃、金銀殘渣留在電極上,也有可能導致晶振不起振。
解決辦法:更換其它品牌的晶振。在選擇供應商的時候需要注意考察廠商的設備、車間環境、工藝及制程能力,良好的設備、潔凈的環境、嚴謹的工藝制程能力是產品品質的有力保證。
5、晶振封裝氣密性不良,出現漏氣現象會導致不起振。晶振在制程過程中要求抽真空后并充滿氮氣,如果出現壓封不良氮氣就會泄漏;造成漏氣的原因有可能是在焊接過程中剪腳時產生了機械應力所致。
解決辦法:用一新晶振替換。在生產和焊接過程中規范作業,避免人為損壞器件。
6、焊接時溫度控制不當(溫度過高或時間過長),導致晶振內部材料電性能參數劣化而引起晶振不起振。比如以32.768KHz直插型為例,錯誤使用了178°C熔點的焊錫,導致晶振內部的溫度會超過150°C,致使晶振內部材料特性劣化而不起振。
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要求。比如手工焊接晶體引腳時,控制溫度在280°C下5秒以內或者260°C以下10秒以內。強調操作員不要在引腳的根部直接焊接,這樣都可以減少晶振特性的惡化或者不起振的現象。
7、晶振儲存或使用環境不適當,在高溫/低溫或者高濕度等條件下長時間使用或者保存,可能會引起晶振的電性能惡化導致不起振。
解決辦法:要求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、軟件問題也有可能導致晶振不起振。
解決辦法:選擇正品渠道貨源,特別是目前缺芯環境下注意甄別翻新貨、拆機貨、貼牌貨等。另外MCU燒錄程序不正確也會導致晶振不能起振,那你只有找軟件工程師了。
9、晶振受EMC問題干擾會導致不起振。
解決辦法:通常有金屬殼封裝的晶振在抗電磁干擾上優于陶瓷封裝的晶振,如果電路板EMC較大,要優先選用金屬封裝的。另外,Layout時晶振下面不要布信號線(特別是射頻信號線),讓晶振盡量遠離干擾源。
10、設計與生產過程中避免導致晶振不起振晶振的建議:
10.1、在PCBLayout時,晶振電路的走線盡可能的短且直,與MCU盡量靠近。這樣可降低線路中的雜散電容對晶振的影響。
10.2、PCBLayout時,避免在晶振下面走信號線,以免對晶振產生電磁干擾,從而導致振蕩電路工作不穩定。
10.3、當你的PCB板面積比較大時,晶振不要選擇設計在正中間,盡量靠邊偏一點。這是因為PCB板變形產生的機械張力中部會更大,在中部晶振受力也大,可能出現不良。
10.4、當你的PCB板面積比較小時,那么建議晶振設計位置不要緊靠辦沿,而應盡量往中間靠。這是因為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,往中間點靠后板邊會留出一些面積敷上地圍住晶振,可以減少輻射超標。
10.5、晶振元件選型時,注意規格型號,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。
10.6、加工過程中,一般不建議用超聲波清洗帶有晶振的電路板,避免共振損壞晶振。
以前大家不重視晶振是因為價格便宜,可是晶振一旦出現異常,輕則產品是間歇性精神病,重則直接掛機,同時讓工程師們抓狂!現在有了前敘述之文,相信你一定能找到解決辦法。要出一款好產品,那么選擇靠譜的供應商、存貯運輸、設計、生產加工各個環節都要考慮周全,這是必須的!
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