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面议Cspan40 晶振不起振的现象及解决方法
现象:
连接电脑后,能够发现设备。(Cspan40,COM),但是打了个叹号。提示“由于 Windows 无法加载这个设备所需的驱动程序,导致这个设备工作异常。(代码 31)”
用示波器观察,发现晶体没有起振。
排查过程:
1、先更换晶体;不行
2、然后对照数据手册检查原理图,发现 V3 引脚应该接 0.01uF 电容,而我用了 0.1uF,换,发现还是不行。
3、更换芯片,不行。
4、更换 USB 线,不行。
5、后来在 BBS 上也有晶体不起振的情况,具体是上电瞬间晶体起振,稍后即为高电平。
用示波器测发现我的也是。但是他那个是因为信号线 D D- 没有加屏蔽导致。虽然没解决问题,但既有启示也有进展。
此外还得到另外一个信息,如果 Cspan40 和电脑通信异常,那么芯片会进入睡眠状态,此时晶体是不起振的。也就是说晶体不起振未必是设备硬件的问题。还和上位机有关。
贴片晶振的主要参数
总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率和给定标称频率的大偏差。总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的大频差。一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。
频率稳定度:任何晶振,频率不稳定是的,程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线。曲线中表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。
开机特性(频率稳定预热时间):指开机后一段时间(如5 分钟)的频率到开机后另一段时间(如1 小时)的频率的变化率。表示了晶振达到稳定的速度。这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用。
频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,石英晶体振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的,因此,其频率偏移的速率叫老化率,可用规定时限后的大变化率(如±10ppb/天,加电72 小时后),或规定的时限内大的总频率变化(如:±1ppm/(年)和±5ppm/(十年))来表示。
无源晶体与有源晶振的区别、应用范围及用法
1、无源晶体——无源晶体需要用 DSP 片内的振荡器,在 datasheet 上有建议的连接方法。无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的 DSP,而且价格通常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要匹配电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。
2、有源晶振——有源晶振不需要 DSP 的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的 PI 型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高。对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,因为可以选用比较精密的晶振,甚至是的温度补偿晶振。有些 DSP 内部没有起振电路,只能使用有源的晶振,如 TI 的 6000 系列等。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大,但现在许多有源晶振是表贴的,体积和晶体相当,有的甚至比许多晶体还要小。
晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题。应力要经过一段时间的变化才能稳定,一种叫“应力补偿”的晶体切割方法(SC 切割法)使晶体有较好的特性。
短稳:短期稳定度,观察的时间为1 毫秒、10 毫秒、100 毫秒、1 秒、10 秒。晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q 值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而产生频谱很宽的不稳定。测量一连串的频率值后,用阿伦方程计算。相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有仪器测量)。
重现性:定义:晶振经长时间工作稳定后关机,停机一段时间t1(如24 小时),开机一段时间t2(如4 小时),测得频率f1,再停机同一段时间t1,再开机同一段时间t2,测得频率f2。重现性=(f2-f1)/f2。
频率压控范围:将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,石英晶体振荡器频率的小峰值改变量。
频率压控线性:和理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。