
关于晶振ESR(等效阻抗)太大导致晶振不起振问题,晶诺威科技解释如下:
在无源晶振起振电路中,电路负性阻抗一般要在晶振ESR(等效阻抗)的5倍以上才能保障其正常起振。但是如果因晶振品质不合格,导致其ESR过大,也会造成晶振起振困难或不起振。
晶诺威科技产SMD7050晶体谐振器ESR(等效阻抗)说明说下:

如果确认晶振不起振是由于ESR所致,建议更换ESR较小的晶振。对于同一标称频率的晶振,因其封装尺寸不同,ESR也存在差异。一般情况下,晶片越大,电阻越小。关于具体差异,请仔细查看晶振规格书中晶振ESR(等效阻抗)说明。
ESR值是一个无源晶振(晶体谐振器)振荡损耗的电气参数指标。如果晶振在振荡期间损耗较小,这将导致一个较低的ESR 值。如果晶振有较高的ESR,则反映出晶振具有较高损耗。如果ESR 太高,无源晶振的振荡电路就会变得不稳定并可能停止振荡。因此,每一个无源晶振有ESR 值的最大限值。由此可见,ESR值比建议的最大值越低,那么无源晶振启动和稳定性就越好。
拓展阅读:无源晶振起振电路中为什么需要负阻抗?
在普通电路中,电阻是消耗能量的。但在振荡电路中,放大器通过反馈网络可以表现出一种等效的“负电阻”特性,向晶体提供能量以补偿其损耗。
石英晶体本质上是一个高Q值的谐振器,但它自身存在等效串联电阻ESR,如果没有外部电路补偿能量,振荡会迅速衰减直至停止。因此,回路中的负电阻绝对值|−R|必须大于晶体的等效串联电阻RR。
什么是起振裕量?
起振裕量可以理解为振荡电路所提供的负电阻能力,相对于晶体损耗电阻的“宽裕程度”。建议振荡宽限为晶振等效串联电阻RR的5倍之上:│−R│ ≥ 5 × RR当振荡进入稳定状态后,系统能量达到动态平衡,关系趋近于:RR ≈ │−R│
起振裕量不足会带来什么问题?
在实际产品中,起振裕量不足往往不是“完全不起振”,而是表现为各种隐性故障:上电偶发不起振冷启动失败高温或低温停振批量一致性差使用一段时间后,老化停振负电阻的测量方法负电阻测量的方法是在晶体一端串联一个测试电阻Rtest(建议使用低感抗电阻),逐步增加阻值,直到振荡刚好停止。负电阻 ≈ Rtest + 晶体 RL该数值反映了振荡电路的实际负阻能力。这种方法是评估MCU内部振荡能力的常用手段。
起振裕量也不是越大越好。虽然裕量越大越容易起振,但过高也会带来副作用:如:功耗增加、相位噪声恶化、频率稳定性下降、晶体过驱动导致寿命缩短等问题。
采购晶振建议
1、考虑影响稳定性的参数:ESR,负载电容,激励功率,工作温度范围,老化率等;
2、关注晶振等效串联电阻ESR上限而非典型值:规格书中的Typical(典型)值只代表平均水平,Max.(最大值)才决定可能性风险;
3、避免随意替代型号:即使频率、尺寸、ppm相同,只要ESR或CL不一致,就可能导致晶振不能起振;
4、低价晶振的隐性成本:低价晶振常见问题有ESR离散大;批次一致性差;老化快;高温停振等。
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