晶振导致时钟芯片不工作的常见原因及解决方案

晶振导致时钟芯片不工作的常见原因及解决方案如下:

  • 在晶振制造过程中压封的环节,晶振内部要求抽真空/充氮气,如果发生压封不良,即石英晶振的密封性不好时,在酒精加压的条件下,其表现为漏气,称之为双漏,也会导致晶振不振。
  • 由于石英晶片本身的厚度很薄,当激励功率过大时,会使内部石英晶片破损,导致晶振不振。
  • 在焊锡时,当锡丝透过线路板上小孔渗过,导致引脚跟外壳连接在一块,或是晶振在制造过程中基座上引脚的锡点和外壳相连接发生单漏,都会造成短路,从而引起晶振不振。
  • 由于石英晶片在剪脚和焊锡的时候容易产生机械应力和热应力,而焊锡温度过高和作用时间太长都会影响到晶振,容易导致晶振工作处于临界状态,以至发生晶振时振时不振现象,甚至晶振停振。
  • 当晶振频率发生频偏,且超出频率偏差范围过多时,以至于时钟芯片捕捉不到晶振中心频率,从而导致晶振不起振现象。

解决晶振失效的方案主要分为以下两方面:

晶振导致时钟芯片不工作的常见原因及解决方案

 

客户端晶振电路应用方面:

  • 晶振为被动器件,它是由时钟芯片提供适当激励功率而正常工作。因此,当激励功率过低时,晶振不易起振。当激励功率过高时,便造成对晶振的过激励(over drive),引发石英晶片破损现象,导致晶振不振。所以,应按照晶振规格书提供适当的激励功率。另外,外接电容会消耗一定的功率,从而降低晶振Q值,使其稳定性下降而容易受周边有源组件影响,出现时振时晶振不振现象,所以,给无源晶振匹配合适的外接电容非常重要。
  • 时钟芯片不良,若芯片发生不良现象,如本身损坏或存有暗脚导致电路不通,或时通时不通,同样会体现为晶振时振时不振假象。在这种情况之下,更换合格时钟芯片之后,晶振失效现象就会消失,建议做交换实验来验证,比如把不良板的晶振取下来焊接到OK板上,如果晶振显示正常,则可排除晶振不良。
  • 控制好剪脚和焊锡工序,并保证基座绝缘性能和引脚质量,引脚镀层光亮均匀。为了更好地防止单漏,可以在插件晶振(如49S)下增加一个绝缘垫片。
  • 当晶振频率产生频偏而且超出时钟芯片捕捉频差范围时,应检查是否选择了正确的负载电容及/或为其匹配了合适的外接电容。

晶振生产厂家方面:

  • 严格按照技术及生产工艺要求之规定,在最后测试环节,对晶振进行检漏试验以检查其密封性,及时处理不良品并分析原因。
  • 压封工序是将调好的晶振在外壳密封之前填充氮气,以稳定晶振的电气性能。在此工序应保持送料仓、压封仓和出料仓干净,压封仓要连续冲氮气,并在压封过程中注意焊头磨损情况及模具位置,电压、气压和氮气流量是否正常,否则及时处理。工作人员严格遵循SOP并做好数据记录。

拓展阅读:晶振频率偏差过大会怎么样?频偏原因、总频差及测试方法

普通石英晶振的标称频率范围大概是1MHz~200MHz。对于需要更高工作频率的应用(如高速通信、服务器、光模块)通常会使用锁相环(PLL,Phase Locked Loop)将较低频率的晶振倍频至数百MHz甚至1GHz以上。如果晶振输出频率偏差过大,不仅会降低系统性能,还可能导致整个设备工作异常。

什么是晶振频率偏差?

晶振频率偏差是指晶振实际输出频率与标称频率之间的差值,通常用ppm表示。一颗100MHz ±10ppm的晶振在25℃标准条件下,输出频率允许偏差约为:

100MHz × 10ppm = ±1000Hz

频率精度越高,输出频率越接近标称值,系统同步性能也越稳定。晶振在出厂测试时的初始频率误差只是整体频率稳定度的一部分,实际工作过程中还会受到温度、电压、老化等因素影响。

晶振输出频率偏差过大会造成什么影响?

1、 通信系统无法正常同步

在无线通信系统中,晶振负责提供射频载波和参考时钟。如果晶振频率偏差过大,PLL锁相环可能无法正确锁定目标频率,造成载波偏移,导致发射和接收频率不一致,甚至影响通信质量或无法使用。在蜂窝通信、Wi-Fi、GNSS、蓝牙、卫星通信等应用中,通常都会选用高稳定度、低相位噪声的晶振。

2、 数字系统运行异常

MCU、FPGA、DSP及CPU都依赖晶振提供系统时钟。若时钟频率超出允许误差范围,可能导致数据采样错误、接口通信失败、总线同步异常、系统运行不稳定、程序无法正常执行等情况。对于高速接口(如USB、PCIe、Ethernet),频率稳定度的要求会更加严格。

3、 RTC计时产生误差

对于32.768kHz RTC晶振而言,频率偏差会直接影响计时准确度。一颗RTC晶振的频率误差越大,设备每天累计的计时误差也会越明显,长期运行后可能造成分钟甚至小时级别的时间偏移。

晶振失效一定是频率偏差导致的吗?

不一定。频率偏差只是晶振失效分析中的一个方面。如果系统出现不起振、停振或频率异常,还应综合分析以下因素:

  • 负载电容是否匹配
  • 振荡电路负性阻抗是否充足
  • 激励电平是否超过规格
  • PCB走线是否合理
  • 电源噪声是否过大
  • 焊接温度是否导致晶体损伤
  • 外部环境是否存在冲击或高湿等影响
电话:0755-23068369