發(fā)布日期：2024-06-05
晶振能否穩(wěn)定振蕩，主要取決于能量損耗的大小及放大電路的補償能力。在晶振振蕩時，晶振損耗由晶振等效阻抗的實部Ｒｅ決定，Ｒｅ代表了晶振串入到振蕩電路中的等效電阻，也被稱為等效串聯(lián)電阻，記作ＥＳＲ。ＥＳＲ數(shù)值越大則晶振在振蕩時的損耗就越大，就越容易導致晶振振蕩不穩(wěn)定甚至停振，反之ＥＳＲ越小則晶振越容易起振。 晶振ＥＳＲ的具體數(shù)值一般由生產(chǎn)廠家給出，每個晶振振蕩所允許的ＥＳＲ值都有一個極限[敏感詞]值，如果超／ｇｍｃ被稱為增益裕量。晶振選型時，主要依據(jù)生產(chǎn)廠家給出的晶振標稱頻率ｆ、ＣＬ、Ｃｏ和ＥＳＲ。首先要使負載電容ＣＬ達到廠家規(guī)定的數(shù)值，這樣才能獲得晶振的標稱頻率；其次依據(jù)式計算晶振所要求的反相放大器最小跨度，最后據(jù)實際電路的反相放大器跨度（一般由其所在集成芯片的數(shù)據(jù)手冊給出）計算增益裕量，如果發(fā)現(xiàn)增益裕量低于５，則說明所選晶振不利于起振，應(yīng)該選擇ＥＳＲ更小或者ＣＬ更小的晶振，然后再重新判斷是否滿足起振要求。
實驗設(shè)計遵照工程教育專業(yè)認證中的ＯＢＥ教學理念，以學生為中心，將實際工程中的Ｐｉｅｒｃｅ晶體振蕩器振蕩設(shè)計融入實驗，主要從工程教育專業(yè)認證提出的“工程知識”“問題分析”和“探究”等３個方面的畢業(yè)要求入手，著力培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。
該階段主要目標是培養(yǎng)學生自主學習并掌握相關(guān)“工程知識”的能力，具體任務(wù)為：
（１）深入學習Ｐｉｅｒｃｅ晶體振蕩器振蕩的工作原理，依據(jù)巴克豪森準則或負阻原理分析晶體振蕩器振蕩工作過程，并分組討論負載電容對晶體振蕩器振蕩的影響；
（２）可聯(lián)系中山惠源晶工電子科技有限公司晶振生產(chǎn)廠家周生18988560840（微信同號）給到晶振數(shù)據(jù)手冊，了解晶振主要參數(shù)及特性；到ＳＴ（意法半導體）公司網(wǎng)站下載ＳＴＭ３２Ｆ１０３微處理器數(shù)據(jù)手冊，了解該處理器晶振電路參數(shù)，并說明如何據(jù)此選擇滿足要求的晶振；
（３）應(yīng)用７４ＨＣ０４Ｕ設(shè)計一個８ＭＨｚ的Ｐｉｅｒｃｅ晶體振蕩器振蕩，并給出測試負載電容對晶體振蕩器振蕩性能影響的方法與實驗步驟；（４）分析負載電容分別為６ｐＦ和１２ｐＦ的３２．７６８ｋＨｚ晶振對ＳＴＭ３２Ｆ１０３處理器ＬＳＥ時鐘性能的影響，并設(shè)計測試步驟。課上實驗側(cè)重于培養(yǎng)學生面向工程實際的“問題分析”能力，主要包含以下兩方面內(nèi)容：（１）應(yīng)用７４ＨＣ０４Ｕ等器件，在通信電子電路綜合實驗箱上搭建一個８ＭＨｚ的Ｐｉｅｒｃｅ晶體振蕩器振蕩電路，調(diào)節(jié)反饋電阻和負載電容，分別測試示波器探頭在×１和×１０情況下的輸出波形和晶體振蕩器振蕩頻率，并詳細記錄波形與頻率變化情況；（２）分別測量ＳＴＭ３２Ｆ１０３處理器ＬＳＥ時鐘在３２．７６８ｋＨｚ晶振負載電容為６ｐＦ和１２ｐＦ的起振時間和晶體振蕩器振蕩頻率，測試次數(shù)不少于１０次，每次測試間隔５ｓ以上時間，詳細記錄每次測量數(shù)據(jù)及出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象，特別是“偶發(fā)的”或“反常的”實驗現(xiàn)象。
晶振掌握的工程及理論知識往往不能充分地解釋或闡明實驗現(xiàn)象和實驗問題，需要學生在課后針對實驗中出現(xiàn)的問題、現(xiàn)象，深入探究實驗表象后面的工程技術(shù)知識和理論問題，并在此基礎(chǔ)上形成具有實踐意義的指導性原則或方法。