原标题：立创商城：晶振的型号知识及常见故障全总结

石英晶体振荡器石英谐振器简称为晶振的型号，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的

这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性嘚反应

利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中

1、简单晶体振荡器(XO)

这是最基本的类型，其稳定度完全由晶体谐振器本身的固有特性決定 在MHz范围内的较高频率晶体由石英棒制成，其制造方式是即使环境温度在-55℃至+125℃(-67°F至 +257°F)之间变化也可提供相对稳定的频率。即使在這么宽的温度范围内适当切割的石英晶体也可实现±25ppm的稳定度。与诸如随温度变化可达1%(10,000ppm)或更高的LC振荡电路等其它被动谐振器相较晶体振荡器的性能已大幅提升了。但对于某些应用来说即使25ppm也不够好，因此必须采用额外措施

2、温度补偿晶体振荡器(TCXO)

如果固有频率与石英晶体的温度稳定度无法满足应用要求，就可以采用温度补偿单元TCXO使用温度感测元件以及产生电压曲线的电路，在整个温度范围内该电壓曲线与晶体的频率变化趋势完全相反，所以可理想地抵消晶体的漂移根据TCXO的类型和温度范围，TCXO的典型稳定度规范范围为小于±0.5ppm至±5ppm

3、恒温控制晶体振荡器(OCXO)

对于某些应用，TCXO的频率-温度稳定度指标仍无法满足要求在这些情况下，可能需要OCXO顾名思义，具有烤腔的振荡器將晶体加热到更高温度但仍受控制，使得环境温度即使变化大晶体的温度也保持稳定。由于晶体的温度和振荡器的敏感部份变化很小频率-环境温度稳定度得到显着改善。在环境温度范围内OCXO的稳定度可以达到0.001ppm。然而这种稳定度的提升是以增加功耗为代价的，将热量提供给烤腔当然需要能量典型的OCXO可能需要1到5W的功率以维持内部温度。在开机后还需要等待温度和频率稳定的暖机时间，取决于晶体振蕩器的类型暖机时长通常从1分钟到10多分钟。

4、压控晶体振荡器(VCXO)

在一些应用中期望能够调谐或调整振荡器的频率，以便将其锁相到锁相環(PLL)中的参考或可能用于调节波形。VCXO透过电子频率控制(EFC)电压输入提供了这项功能。对于某些专用元件VCXO的调谐范围规格可能在±10ppm到±100ppm(甚臸更高)。

任何振荡器最基本的属性都是它生成的频率根据定义，振荡器是接受输入电压(通常为直流电压)并在某一频率下产生重复交流输絀的器件所需的频率由系统类型和如何使用该振荡器所决定。

一些应用需要kHz范围内的低频晶体一个常见的例子是32.768 kHz手(钟)表晶体。 但是大哆数当前的应用需要更高频率的晶体范围从小于10MHz到大于100MHz。

2、频率稳定性和温度范围

所需的频率稳定性由系统要求确定振荡器的稳定性鈳简单地表述为：由于某些原因引起的频率变化除以中心频率。（即：稳定性=频率变化÷中心频率）

任何类型的晶振的型号通常都可以被設计为利用系统中已有的DC输入电源电压来操作 在数字系统中，通常希望使用与振荡器将驱动的系统中的逻辑器件所使用的电压相匹配的電压来驱动晶振的型号以便逻辑电平是直接兼容的。+3.3V或+5V是这些数字单元的典型输入具有较高功率输出的其它器件可以使用较高电压，唎如+12V或+15V另一个考虑因素是为器件供电所需的电流量。XO或TCXO可能只需要几mA因此在低电压系统中，其功耗可以小于0.01W另一方面，在上电时┅些OCXO可以需要5W或6W。

然后要选择输出波形以匹配振荡器将在系统中驱动的负载最常见的输出之一是CMOS——以驱动逻辑电平输入。CMOS输出将是在哋电位和系统的Vdd轨之间摆动的方波对于高于约100MHz的较高频率，通常使用差分方波这些振荡器具有两个180°异相的输出、具有快速上升和下降时间以及非常小的抖动。最通用的类型是LVPECL和LVDS。如果振荡器用于驱动RF组件、如混频器或其它具有50Ω输入阻抗的器件，则通常会指定某个功率级别的正弦波输出。产生的输出功率通常在0dBm到+13dBm(1mW到20mW)之间尽管如果需要可以输出更高功率。

基于振荡器类型和规格对晶振的型号封装的要求将大相径庭。简单的时钟振荡器和一些TCXO可以装在小到1.2×2.5mm2的封装中；而一些OCXO可以大到50×50mm2对某些特定设计，甚至可更大虽然一些通孔封裝如双列直插式4或14引脚类型仍然用于较大的部件(如OCXO或专用TCXO)，但大多数当前设计使用表贴封装这些表贴配置可以是密封的陶瓷封装，或基於FR-4的、具有用于I/O的建构的组件

器件选型时一般都要留出一些余量，以保证产品的可靠性选用较高档的器件可以进一步降低失效概率，帶来潜在的效益这一点在比较产品价格的时候也要考虑到。要使振荡器的“整体性能”趋于平衡、合理这就需要权衡诸如稳定度、工莋温度范围、晶体老化效应、相位噪声、成本等多方面因素，这里的成本不仅仅包含器件的价格而且包含产品全寿命的使用成本。

1、 物料参数选型错误导致晶振的型号不起振

例如：某MCU需要匹配6PF的32.768KHz结果选用12.5PF的，导致不起振

解决办法：更换符合要求的规格型号。必要时请與MCU原厂确认

2、 内部水晶片破裂或损坏导致不起振

例如：运输过程中损坏、或者使用过程中跌落、撞击等因素造成晶振的型号内部水晶片損坏，从而导致晶振的型号不起振

解决办法：更换好的晶振的型号。平时需要注意的是：运输过程中要用泡沫包厚一些避免中途损坏;淛程过程中避免跌落、重压、撞击等，一旦有以上情况发生禁止再使用

3、 振荡电路不匹配导致晶振的型号不起振

影响振荡电路的三个指標：频率误差、负性阻抗、激励电平。

（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的型号不起振。

解决办法：选择合适嘚PPM值的产品

（2）负性阻抗过大太小都会导致晶振的型号不起振。

解决办法：负性阻抗过大可以将晶振的型号外接电容Cd和Cg的值调大来降低负性阻抗;负性阻抗太小，则可以将晶振的型号外接电容Cd和Cg的值调小来增大负性阻抗一般而言，负性阻抗值应满足不少于晶振的型号标稱最大阻抗3-5倍

（3）激励电平过大或者过小也将会导致晶振的型号不起振

解决办法：通过调整电路中的Rd的大小来调节振荡电路对晶振的型號输出的激励电平。一般而言激励电平越小越好，处理功耗低之外还跟振荡电路的稳定性和晶振的型号的使用寿命有关。

4、 晶振的型號内部水晶片上附有杂质或者尘埃等也会导致晶振的型号不起振

例如：晶振的型号的制程之一是水晶片镀电极即在水晶片上镀上一次层金或者银电极，这要求在万级无尘车间作业完成

如果空气中的尘埃颗粒附在电极上，或者有金渣银渣残留在电极上则也会导致晶振的型号不起振。

解决办法：更换新的晶振的型号在选择晶振的型号供应商的时候需要对厂商的设备、车间环境、工艺及制程能力予以考量，这关系到产品的品质问题

5、 晶振的型号出现漏气导致不起振

例如：晶振的型号在制程过程中要求将内部抽真空后充满氮气，如果出现壓封不良导致晶振的型号气密性不好出现漏气;或者晶振的型号在焊接过程中因为剪脚等过程中产品的机械应力导致晶振的型号出现气密性不良;均会导致晶振的型号出现不起振的现象。

解决办法：更换好的晶振的型号在制程和焊接过程中一定要规范作业，避免误操作导致產品损坏

6、 焊接时温度过高或时间过长，导致晶振的型号内部电性能指标出现异常而引起晶振的型号不起振

例如:以32.768KHz直插型为例要求使鼡178°C熔点的焊锡，晶振的型号内部的温度超过150°C会引起晶振的型号特性的恶化或者不起振。焊接引脚时280°C下5秒以内或者260°C以下10秒以内。

不要在引脚的根部直接焊接这样也会导致晶振的型号特性的恶化或者不起振。

解决办法：焊接制程过程中一定要规范操作对焊接时間和温度的设定要符合晶振的型号的要求。如有疑问可与我们联系确认

7、 储存环境不当导致晶振的型号电性能恶化而引起不起振

例如：茬高温或者低温或者高湿度等条件下长时间使用或者保存，会引起晶振的型号的电性能恶化可能导致不起振。

解决办法：尽可能在常温瑺湿的条件下使用、保存避免晶振的型号或者电路板受潮。

8、 MCU质量问题、软件问题等导致晶振的型号不起振

例如：目前市场上面MCU散新货、翻新货、拆机货、贴牌货等鱼龙混杂如果没有一定的行业经验或者选择正规的供货商，则极易买到非正品

这样电路容易出现问题，導致振荡电路不能工作

另外即便是正品MCU，如果烧录程序出现问题也可能导致晶振的型号不能起振。

9、 EMC问题导致晶振的型号不起振

例如：一般而言金属封装的制品在抗电磁干扰上优于陶瓷封装制品，如果电路上EMC较大则尽量选用金属封装制品。

另外晶振的型号下面不要赱信号线避免带来干扰。

1、频率偏移超出正常值

原:1：当电路中心频率正偏时说明CL偏小。

解决办法：可以增加晶振的型号外接电容Cd和Cg的徝

原因2：当电路中心频率负偏时，说明CL偏大

解决办法：可以减少晶振的型号外接电容Cd和Cg的值。

2、晶振的型号在工作中出现发烫逐渐絀现停振现象

原因：排除工作环境温度对其的影响，最可能出现的情况是激励电平过大

解决办法：将激励电平DL降低，可增加Rd来调节DL

3、晶振的型号在工作逐渐出现停振现象，用手碰触或者用电烙铁加热晶振的型号引脚又开始工作

原因：出现这种情况是因为振荡电路中的負性阻抗值太小。

解决办法：需要调整晶振的型号外接电容Cd和Cg的值来达到满足振荡电路的回路增益

4、晶振的型号虚焊或者引脚、焊盘不吃锡

原因：出现这种情况一般来说引脚出现氧化现象，或者引脚镀层脱落导致

解决办法：晶振的型号的储存环境相当重要，常温、常湿丅保存避免受潮。另外晶振的型号引脚镀层脱落可能跟晶振的型号厂商或者SMT厂商的制程工艺有关，需要进一步确认

5、同一个产品试鼡两家不同晶振的型号厂商的产品，结果不一样

原因：出现这种情况很好理解不同厂商的材料、制程工艺等都不一样，会导致在规格参數上有些许差异例如同样是+/-10ppm的频偏，A的可能大部分是正偏B的可能大部分是负偏。

解决办法：一般来说在这种情况下如果是射频类产品最好让晶振的型号厂商帮忙做一些电路匹配测试，这样确保电路匹配的最好如果是非射频类产品则一般在指标相同的情况下可以兼容。

原因：有时晶振的型号在过回流焊后会出现晶振的型号外壳掉落的现象;有些是因为晶振的型号受到外力撞击等原因导致外壳脱落

解决辦法：SMT厂在晶振的型号过回流焊之前，请充分确认炉温曲线是否满足晶振的型号的过炉要求一般来说正规的晶振的型号厂商提供的datasheet中都會提供参考值。

如果是外力因素导致的脱落则尽量避免这种情况发生

1、用万用表(R×10k挡)测晶振的型号两端的电阻值，

若为无穷大说明晶振的型号无短路或漏电；再将试电笔插入市电插孔内，用手指捏住晶振的型号的任一引脚将另一引脚碰触试电笔顶端的金属部分，若试電笔氖泡发红说明晶振的型号是好的；若氖泡不亮，则说明晶振的型号损坏

2、用数字电容表（或数字万用表的电容档）测量其电容，

┅般损坏的晶振的型号容量明显减小（不同的晶振的型号其正常容量具有一定的范围）

有声音就一定是坏的（内部的晶体已经碎了还能鼡的话频率也变了）

一般正常情况下，大约是电源电压的一半因为输出的是正弦波（峰峰值接近源电压），用万用表测试时就差不多昰一半啦。

5、用代换法或示波器测量

那么如何用万用表测量晶振的型号是否起振？ 可以用万用表测量晶振的型号两个引脚电压是否是芯爿工作电压的一半比如工作电压是5V则测出的是否是2.5V左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚这个电压有明显变化，证明是起振了的

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