為了獲得穩(wěn)定的振蕩，通常情況下石英晶體單元與振蕩電路的匹配十分重要。若電路結(jié)構(gòu)與晶體單元的匹配中存在問題，就會(huì)產(chǎn)生頻率不夠穩(wěn)定、停止起振或振蕩不穩(wěn)定等問題。石英晶體單元與微機(jī)一起使用時(shí)，需要評(píng)估振蕩電路。確認(rèn)石英晶體單元與振蕩電路的匹配之際，至少要對振蕩頻率（頻率匹配）、振蕩裕度（負(fù)阻抗）和激勵(lì)功率的三項(xiàng)進(jìn)行評(píng)估。本次將說明確認(rèn)石英晶體單元和振蕩電路匹配性的評(píng)估工作。

【1】 評(píng)估振蕩頻率（頻率匹配）之前的準(zhǔn)備

一般，石英晶體生產(chǎn)商基于電路設(shè)計(jì)方所提出的石英晶體單元振蕩頻率（FL）、負(fù)載電容（CL值）和振蕩頻率可容誤差（Δf）的三項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)負(fù)載電容（CL值）使晶體單元起振，并調(diào)整振蕩頻率和可容誤差。

需要注意的是，事先指定的負(fù)載電容（CL 值）中沒有考慮實(shí)際的基板中因各種因素而產(chǎn)生的電容（雜散電

容）。雜散電容是造成振蕩頻率精度下降的因素之一，所以應(yīng)當(dāng)考慮到其影響，或者讓石英晶體生產(chǎn)商更改石英晶體單元的振蕩頻率，或者由電路設(shè)計(jì)方重新調(diào)整雜散電容。這是振蕩頻率匹配工作的大致框架。

【2】 振蕩頻率（頻率匹配）的評(píng)估

這里開始進(jìn)入實(shí)際評(píng)估工作。

首先確認(rèn)石英晶體單元（評(píng)估用晶體單元）和振蕩電路一起安裝在基板的狀態(tài)下的振蕩頻率。

這被稱為“確認(rèn)頻率匹配狀況”。掌握安裝在基板上時(shí)的振蕩頻率和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容時(shí)的振蕩頻率之差，就能夠確認(rèn)基板的實(shí)際電容（電路側(cè)電容）與事先指定的標(biāo)準(zhǔn)電容之間所產(chǎn)生的偏差。這里所指的基板電容包括從石英晶體單元看振蕩電路時(shí)的電容（負(fù)載電容），也包括起因于基板導(dǎo)電圖案等的雜散電容。

其次準(zhǔn)備評(píng)估石英晶體單元和振蕩電路的匹配所需測試儀器。

評(píng)估所需基本測試儀器有直流電源、頻率計(jì)、示波器、FET 探針和電流探針等。圖 1 顯示測試儀器基本組成例。

圖 1：評(píng)估頻率匹配所需測試儀器基本組成 圖 2：把 FET 探針放在石英晶體單元的 HOT 端子上確認(rèn)振蕩波形

首先把 FET 探針放在石英晶體單元的 HOT 端子上（圖 2），示波器中顯示波形、頻率計(jì)顯示頻率。

例如，不考慮負(fù)載電容的石英晶體單元的振蕩頻率（Fr）為 12MHz 時(shí)，若其標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容時(shí)的振蕩頻率（FL）為 12.000034MHz，假設(shè)將該石英晶體單元安裝在基板上后使用 FET 探針實(shí)際測試得出的振蕩頻率（FR）為12.000219MHz，就可以得出兩者（在基板上實(shí)裝石英晶體單元后的振蕩頻率（FR）與標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載電容時(shí)石英晶體單元的振蕩頻率）之間的差為+185Hz，出現(xiàn)了+15.4ppm 的差異。

這個(gè)差越接近零，頻率精度越高。

使上述 FR和 FL的差接近零的方法有兩種。

第一種方法是從石英元件生產(chǎn)商處購買振蕩頻率（中心頻率）比現(xiàn)在偏移+15.4ppm 的石英晶體單元。另一種方法是對振蕩電路的負(fù)載電容進(jìn)行微調(diào)整，以此得到相應(yīng)的振蕩頻率。

在下一項(xiàng)中將介紹對負(fù)載電容進(jìn)行微調(diào)整的匹配方法。

【3】 對負(fù)載電容進(jìn)行微調(diào)整來匹配頻率的方法

計(jì)算負(fù)載電容時(shí)需要前述的數(shù)據(jù)。

·石英晶體單元等效電路常數(shù)（Fr、R1、C1、L1、C0）

·實(shí)裝在基板后的振蕩頻率（FR）

根據(jù)這些數(shù)據(jù)使用以下算式計(jì)算負(fù)載電容（CL）。

具體計(jì)算舉例如下：

假設(shè)石英晶體單元的額定頻率為 12MHz，振蕩電路的負(fù)載電容（CL）為 7.8pF。

這里的額定頻率指使用規(guī)定負(fù)載電容的振蕩電路的條件下的振蕩頻率（FL）。

假定用網(wǎng)絡(luò)分析儀對該石英晶體單元進(jìn)行測試后得到了下列各常數(shù)：

FR=12.000219 MHz

Fr＝11.998398 MHz

R1＝33.7 ohm

L1＝70.519 mH

C1=2.495 fF

C0=1.11 pF

這里重申 Fr 是石英晶體單元自身的振蕩頻率。把這些常數(shù)代入算式（1）就可以求出 CL=7.11pF。

從求出的值可以得出與先前所指定的振蕩電路負(fù)載電容（CL）等于 7.8pF 之間的差為 0.69pF。只要把差調(diào)整到零，事先所指定的振蕩電路負(fù)載電容就與在印制基板上實(shí)裝石英晶體單元時(shí)的電容相等。

因此，理論上頻率公差也變?yōu)榱悖憧傻玫绞孪人付ǖ恼袷庮l率。

實(shí)際調(diào)整振蕩電路的負(fù)載電容時(shí)，將變更圖 3 的 Cg和 Cd，以符合事先指定的標(biāo)準(zhǔn)電容。這時(shí)，Cg和 Cd的大致數(shù)值可以使用下列算式（2）計(jì)算得出。

這里的 Ci 表示振蕩電路的實(shí)際負(fù)載電容（CL），Cs 則表示印制基板的導(dǎo)線圖案和部品的寄生電容等。Ci 只要等于事先指定的標(biāo)準(zhǔn)電容 CL（晶體單元單體電容 CL）即可，所以可以使用下列算式（3）和算式（4）算出。

Cg和 Cd是從規(guī)定的晶體單元單體負(fù)載電容減去 Cs 后的數(shù)值。計(jì)算得出的只是大致數(shù)值。實(shí)際調(diào)整 Cg和 Cd時(shí)建議邊確認(rèn)振蕩頻率邊進(jìn)行頻率匹配。

如果振蕩電路的 Cg 和 Cd 難以變更，可以通過調(diào)整晶體單元的負(fù)載電容進(jìn)行頻率匹配。這種情況下可以讓石英晶體單元生產(chǎn)商把晶體單元電容調(diào)整為電路電容后購買，再對其進(jìn)行匹配評(píng)估確認(rèn)結(jié)果。但需要注意的是，電路的負(fù)載電容與振蕩頻率變化量成反比。因此，當(dāng)振蕩電路的負(fù)載電容較小時(shí)，容易受到振蕩電路微小的特性變化的影響，導(dǎo)致頻率穩(wěn)定度惡化。所以，關(guān)鍵在于根據(jù)機(jī)器用途而設(shè)定適宜條件。