Loto实践干货(9) 示波器测晶振

LOTO仪器 · 发表于 2020-7-6 14:15

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我们用LOTO示波器的多个型号，带宽从20M到100M，分别测无源和有源晶振的情况。分别测试了12M,15M，24M,48M,80M晶振的波形。并分析了为什么我们经常测出晶振波形不是方波？为什么有时候测不出来晶振波形？为什么没必要浪费示波器带宽迎合测晶振的需求？

我们通常会遇到下面这些晶振：

有源晶振一般是4脚贴片的，无源晶振一般是两脚直插的。有源晶振有3.3V和5V的一般，频率可以做的比较高，无源晶振不需要电源，但是一般需要接两个很小的电容帮助起振。

我们专门焊接12M,24M,48M,80M频率的3.3V有源晶振做测试：

测晶振波形的时候，需要使用带宽高于晶振频率的示波器。

LOTO示波器各型号的带宽列表

型号	带宽(Hz)	最高采样率（SPS）
OSC482	20M	50M
OSC802	25M	80M
OSCA02E	35M/60M	100M/200M
OSC2002	50M	1G
OSCH02	100M	1G

我们先从最低频率开始测---12M的有源晶振。由于我们目前最低带宽的示波器OSC482系列的带宽是20M，所以测12M晶振的话，任何型号的LOTO示波器都可以进行，当然带宽越高越好。

测晶振波形时，需要将探头打到X10档位，因为这时可以让探头的等效输入电容最小，让输入阻抗最大，减小对晶振的影响。同时，我们将电压档位调至0.1V每格。

我们分别看看各种带宽的LOTO示波器测12M晶振的情形：

20M带宽的OSC482测12M晶振：

35M带宽的OSCA02测12M晶振：

60M带宽的OSCA02E测12M晶振：

12M晶振在50M带宽的OSC2002下的波形：

12M晶振在100M带宽的OSCH02下的波形：

接下来我们测48M的有源晶振。那么OSC482和OSCA02就不能测试了，因为他们的带宽已经不足以测48M的波形了，我们使用OSCA02E进行测试：

48M晶振在50M带宽的OSC2002下的波形：

48M晶振在100M带宽的OSC2002下的波形：

接下来我们用100M带宽的OSCH02测一下24M无源晶振的波形：

对比一下客户发来的和台式示波器对比测16M晶振的波形：

从上面实测的众多波形里，我们会发现，晶振波形有时候测出来是正弦波，有时候测出来是圆顶的正弦波，有时候测出来是接近方波的钟型波，都不是理想的理论上的方波。规律是，带宽和被测晶振频率越接近，测出来的越近似正弦波；带宽大于被测晶振频率越多，就越接近于方波。

这些波形都不算是错误，其实都是正确的，之所以有这样的现象，根源是带宽和被测频率的关系问题。

如上图所示，方波其实可以等效分解为频率和幅值不同的无数个正弦波叠加而成的。蓝色的是频率和方波相同的基频正弦波，绿色为3倍频率的谐波，橙色为5倍频率的谐波，还有5次谐波，9次谐波...无穷个谐波。

当方波被一定带宽的示波器测量时，这个方波，相当于无数个各种谐波的正弦波被测量，高于示波器带宽的那些谐波被示波器严重的过滤掉了基本上，只留下了低于带宽的一些谐波，所以就出现了刚才我们看到的现象。带宽离方波频率越近，就越少的谐波被保留，就越接近正弦波，如果只有基波被保留，那么就是标准的正弦波。我们可以通过下面的图看到，保留不同谐波个数的方波会呈现什么样子。

是不是很熟悉，这些变形的方波基本都在我们实测中出现过。

在测量晶振的时候我们还会遇到一种情况是，无源晶振经常测不出来。一般的原因是，示波器探头接上以后，导致了晶振停振。

无源晶振一般需要在两个引脚处接PF级的电容帮助振荡。示波器的探头是带有输入电容的，一般也是PF级，这就是为什么我们在一开始强调需要用X10档位来测，一方面，X10档位的探头带宽更高，其次，这样探头的输入等效电容更小，接在晶振引脚上时，相当于改变了它的振荡电容大小。如果这种改变影响足够大，晶振会停止振荡，所以是测不出来的。

实测视频链接：

https://www.bilibili.com/video/BV1kt4y1X7M1

其实，在我们的实际应用中，基本上不需要使用示波器去测晶振的波形。所以我们并不需要购买带宽很高的示波器。想知道晶振有没有正常振荡其实用万用表测下电压就基本能判断出来了。比如上面做实验的3.3v的有源晶振，使用万用表测下晶振的输出引脚的直流电压，大概在1.6v就基本上可以断定晶振在振荡了。