关于晶体振荡器电路“OSF测试”

许多工程师在设计振荡器电路时并没有在石英晶体上花费太多的精力。对于他们来说，这是一个仍然可以正常工作的标准功能。实际上，这并不是那么简单。

振荡器电路设置了应用的心跳，并且需要在石英晶体及其其他组件之间进行仔细匹配。否则，产生的频率的准确性会受到影响，甚至在现场应用可能会失败。

为避免发生此类问题，前期需要对振荡器电路进行了详细分析，目的是使晶体和电路之间达到最佳匹配。在所谓的“ OSF测试”过程中，将检查以下三个参数：

1)频率精度

2)振荡安全系数(OSF)

3)驱动器级别

01、频率精度

振荡器电路的主要任务是在整个应用周期和所有环境条件下产生稳定、准确的频率。为了实现这一点，振荡器电路的总负载电容(CL)必须尽可能接近晶体的标称负载电容(标称CL)，或者理想地与之匹配。

因此，电路分析的第一步是确定石英晶体在其两端“看到”的总负载电容(CL)。由于与电路的任何直接接触都会使测量结果不真实，因此在不接触的情况下使用近场探头进行测量，该探头位于电路上方的一小段距离处。然后将晶体焊接出电路，并用晶体网络分析仪在标称CL下进行测量。总CL与晶体标称CL的偏差越大，频率偏差就越大。但是，通过在分析仪中检查晶体，可以确定需要进行哪些校正才能提高电路的频率精度。

02、振荡安全系数(OSF)

在第二步骤中，检查振荡器电路的振荡安全性。该术语描述了电路在所有可能的环境条件下快速可靠地启动的能力。因此，分析着重于电路内的电子电阻。

如图1所示，电路中与石英串联了一个新的附加电阻器(R Pot)。然后逐步增加R Pot的电阻，直到振荡停止。这种方法模拟了“最坏情况的石英”，并揭示了特定振荡器电路中石英的最大允许阻抗。

典型的振荡电路(Pierce配置)，带有一个额外的电阻来计算OSF

以此方式确定的最大阻抗与晶体的ESR，max之比最终导致振荡安全系数(OSF)。

对于MHz晶体(AT-Cut)，对于大多数标准应用而言，大于5的OSF被认为是足够的。对于与安全相关的应用，例如在汽车领域或医疗技术中发现的应用，通常需要OSF大于10。

对于KHz晶体，由于这些电路的设计功耗极低，因此必须已经将OSF值定为3至5，大于5则定为非常好。

03、驱动等级

为了防止石英过载，要确定作用在石英上的功率。为此，第一步是使用HF电流钳(图2)测量流过石英的电流强度。根据测量结果和已经确定的电路参数计算出石英的“驱动电平”。驱动级别不得超过石英数据表中指定的最大值。

为了计算驱动电平，需要测量流过石英晶体的电流。

超过最大驱动电平可能会导致频率偏差，或者在最坏的情况下甚至会导致石英故障。

调整振荡器电路

通过这三个测试，振荡器电路可以良好地集成到预期的应用程序中。但是，如果测试发现有缺陷，则必须对电路进行调整。例如，如果频率精度有问题，则电路中负载电容的变化可以减小电路CL和石英晶体的标称CL之间的差异，从而提高频率精度。有时也有必要用另一种类型的晶体来替换原来安装的晶体。

电路的任何更改都意味着必须再次执行此处列出的所有测试。这使得寻找石英和电路之间的完美匹配成为一项费时费力的工作。由于组件的尺寸很小，因此许多工作都是在显微镜下完成的。这样，在开始批量生产之前就可以发现并避免任何问题。