無(wú)源晶體振蕩器在很多場(chǎng)合都會(huì)用到，大部分電路都會(huì)用到，這也是工程師在電路設(shè)計(jì)中，需要了解的一些問(wèn)題。首先，我們需要了解穆拉塔無(wú)源晶體振蕩器的基本特性。其次，我們需要知道所使用的穆拉塔無(wú)源晶體振蕩器的基本公式。
影響無(wú)源晶體振蕩器穩(wěn)定性的主要參數(shù)是驅(qū)動(dòng)功率、負(fù)載電容和負(fù)阻抗。圖1是無(wú)源晶體振蕩器的基本電路。外部無(wú)源晶體振蕩器、匹配電容和集成電路的驅(qū)動(dòng)部分構(gòu)成了整個(gè)振蕩電路。
1）驅(qū)動(dòng)功率
驅(qū)動(dòng)功率表示振蕩晶體單元所需的電功率。如果驅(qū)動(dòng)功率太小不足以驅(qū)動(dòng)無(wú)源晶振，則會(huì)導(dǎo)致晶振不起振；如果驅(qū)動(dòng)功率過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致輸出頻率偏移。這是因?yàn)楣β蔬^(guò)大會(huì)造成晶體的應(yīng)力，從而導(dǎo)致溫度升高。如果在晶體單元上施加過(guò)多的驅(qū)動(dòng)功率，可能會(huì)使晶體惡化甚至損壞其特性。驅(qū)動(dòng)功率可以通過(guò)下面的公式計(jì)算：
DriveLevel＝I2?Re（W）
其中，I表示通過(guò)晶體單元的電流，Re表示晶體單元的等效電阻。
那么如何避免這種問(wèn)題呢？電阻RD常用來(lái)防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)，可用一臺(tái)示波器檢測(cè)OSC輸出腳，如果檢測(cè)到非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合時(shí)鐘輸入需要，則晶振未被過(guò)分驅(qū)動(dòng)；相反，如果正弦波形的波峰，波谷兩端被削平，而使波形成為方形，則晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。這時(shí)就需要用電阻RD來(lái)防止晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)。判斷電阻RD大小的最簡(jiǎn)單的方法就是串聯(lián)一個(gè)微調(diào)電阻，從0開始慢慢調(diào)高，一直到正弦波不在被削平為止，通過(guò)此辦法就可以找到最接近的電阻RD值。
2）負(fù)載電容
理論上，當(dāng)無(wú)源晶振電路的等效電容等于負(fù)載電容時(shí)，無(wú)源晶振輸出的頻率最準(zhǔn)確。而電容具有充放電的功能，電容容值越大，放電越慢，電容容值越小，放電越快。如果測(cè)得的實(shí)際頻率比理論值偏小，說(shuō)明振蕩器振蕩頻率偏慢，電容的放電太慢，等效電容大于負(fù)載電容，需要降低外部的匹配電容。負(fù)載電容公式如下：
CL=（CG//CD）+CS
即：CL=[（CGxCD）/（CG+CD）]+CS
其中，CG、CD表示匹配電容，CS表示雜散電容。
頻率容限和負(fù)載電容的特性關(guān)系，負(fù)載電容越大，頻率容限越小，輸出的頻率越容易調(diào)準(zhǔn)。
3）負(fù)性阻抗
負(fù)性阻抗是用來(lái)評(píng)價(jià)振蕩回路品質(zhì)（Q）的指標(biāo)。在某些情況下（老化，溫度變化，電壓變化…等），振蕩回路會(huì)失效，回路可能不起振，因此負(fù)性阻抗（Negativeresistance，-R）的確認(rèn)就變得相對(duì)重要。穩(wěn)定的振蕩回路，負(fù)性阻抗（-R）至少為Crystal阻抗的5倍以上。
1>串聯(lián)電阻R對(duì)晶體輸出（xout）；
2>調(diào)節(jié)R值，使晶體從開始到停止振蕩。
3>當(dāng)電路從開始到停止振蕩時(shí)，測(cè)量R值。
4>負(fù)阻抗-r=r+re，re=r1（1+c0/cl）^2，r1為ESR值。
通過(guò)以上分析，負(fù)載電容cl是一個(gè)非常重要的因素。例如，負(fù)載電容小的晶體具有驅(qū)動(dòng)功率低、電流消耗低、啟動(dòng)時(shí)間短、易于啟動(dòng)等特點(diǎn)，同時(shí)使頻率容限大、頻率穩(wěn)定性差。因此，在選擇無(wú)源晶體振蕩器時(shí)，需要充分考慮這些特性，才能設(shè)計(jì)出可靠的產(chǎn)品。