电子说
常见的几个晶振工作不稳定问题归纳:
1、元件选型与MCU不匹配
例如:你用的MCU是需要搭配一个负载电容为6PF、标称频率为32.768KHz的晶振,结果你却选用负载电容为12.5PF的,这样负载电容参数不对肯定导致不起振。
解决办法:你要与MCU原厂确认并换成符合要求的规格型号就OK。
2、也许是内部晶片破损导致不起振,这个可能是运输或者使用过程中的跌落、撞击等因素造成。
解决办法:换一个新的晶振。在运输包装过程中要增加点泡沫材料,包厚一点来增加缓冲,避免暴力装运而损坏;生产制作过程中避免跌落、重压、撞击等现象发生。
3、也许是振荡电路不匹配导致晶振不起振。影响振荡电路的三个参数:频率误差、负性阻抗、激励电平。
解决办法:
3.1频率误差太大,导致实际频率偏移标称频率从而引起晶振不起振,需要更换合适PPM值的元件。
3.2当负性阻抗过大,可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调大来降低负性阻抗;
3.3当负性阻抗太小,则可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调小来增大负性阻抗。
3.4激励电平过大或者过小时,通过调整电路中的Rd的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。通常来说激励电平越小越好,除处理功耗低之外,还跟振荡电路的稳定性和晶振的使用寿命有关。
一般来说,注意晶体的各参数,选择合适的PPM值的元件,调整负性阻抗过(一般负性阻抗值应满足不少于晶振标称最大阻抗3-5倍),通过调整Rd就能解决一大部分不起振的问题。
4、可能是晶振本身品质问题,当晶振在生产制造过程中有杂质或尘埃污染了晶片,也会导致晶振不起振;或者晶振的水晶片镀电极制程中受空气中尘埃、金银残渣留在电极上,也有可能导致晶振不起振。
解决办法:更换其它品牌的晶振。在选择供应商的时候需要注意考察厂商的设备、车间环境、工艺及制程能力,良好的设备、洁净的环境、严谨的工艺制程能力是产品品质的有力保证。
5、晶振封装气密性不良,出现漏气现象会导致不起振。晶振在制程过程中要求抽真空后并充满氮气,如果出现压封不良氮气就会泄漏;造成漏气的原因有可能是在焊接过程中剪脚时产生了机械应力所致。
解决办法:用一新晶振替换。在生产和焊接过程中规范作业,避免人为损坏器件。
6、焊接时温度控制不当(温度过高或时间过长),导致晶振内部材料电性能参数劣化而引起晶振不起振。比如以32.768KHz直插型为例,错误使用了178°C熔点的焊锡,导致晶振内部的温度会超过150°C,致使晶振内部材料特性劣化而不起振。
解决办法:焊接制程过程中一定要规范操作,对焊接时间和温度的设定要符合晶振的要求。比如手工焊接晶体引脚时,控制温度在280°C下5秒以内或者260°C以下10秒以内。强调操作员不要在引脚的根部直接焊接,这样都可以减少晶振特性的恶化或者不起振的现象。
7、晶振储存或使用环境不适当,在高温/低温或者高湿度等条件下长时间使用或者保存,可能会引起晶振的电性能恶化导致不起振。
解决办法:要求在常温常湿的条件下使用、保存,避免晶振或者电路板受潮。
8、MCU质量问题、软件问题也有可能导致晶振不起振。
解决办法:选择正品渠道货源,特别是目前缺芯环境下注意甄别翻新货、拆机货、贴牌货等。另外MCU烧录程序不正确也会导致晶振不能起振,那你只有找软件工程师了。
9、晶振受EMC问题干扰会导致不起振。
解决办法:通常有金属壳封装的晶振在抗电磁干扰上优于陶瓷封装的晶振,如果电路板EMC较大,要优先选用金属封装的。另外,Layout时晶振下面不要布信号线(特别是射频信号线),让晶振尽量远离干扰源。
10、设计与生产过程中避免导致晶振不起振晶振的建议:
10.1、在PCBLayout时,晶振电路的走线尽可能的短且直,与MCU尽量靠近。这样可降低线路中的杂散电容对晶振的影响。
10.2、PCBLayout时,避免在晶振下面走信号线,以免对晶振产生电磁干扰,从而导致振荡电路工作不稳定。
10.3、当你的PCB板面积比较大时,晶振不要选择设计在正中间,尽量靠边偏一点。这是因为PCB板变形产生的机械张力中部会更大,在中部晶振受力也大,可能出现不良。
10.4、当你的PCB板面积比较小时,那么建议晶振设计位置不要紧靠办沿,而应尽量往中间靠。这是因为在分板的时候产生的机械张力会对晶振有影响,可能产生不良,往中间点靠后板边会留出一些面积敷上地围住晶振,可以减少辐射超标。
10.5、晶振元件选型时,注意规格型号,避免选择的尺寸或者指标不常用,导致供货渠道少、批量供货周期长而影响生产,而且在价格上也会处于被动。
10.6、加工过程中,一般不建议用超声波清洗带有晶振的电路板,避免共振损坏晶振。
以前大家不重视晶振是因为价格便宜,可是晶振一旦出现异常,轻则产品是间歇性精神病,重则直接挂机,同时让工程师们抓狂!现在有了前叙述之文,相信你一定能找到解决办法。要出一款好产品,那么选择靠谱的供应商、存贮运输、设计、生产加工各个环节都要考虑周全,这是必须的!
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