1. 为了让晶体谐振器稳定振荡
作为被动元器件的晶体谐振器，需要与客户电路的振荡条件进行优化匹配。在进行振荡电路设计时，必须事先确认晶体谐振器与振荡电路之间是否匹配。若匹配不当，会出现不振荡或频率偏移等现象。特别是若出现异常振荡，在市场使用时可能导致无法预期的故障。在此，根据过去的故障事例，针对异常振荡，提出防患于未然的对策。

2. 什么是异常振荡？
晶体谐振器在非正常振荡模式下振荡的现象称为异常振荡。非正常模式有与杂波耦合的振荡、泛音振荡等。

3. 与杂波耦合的异常振荡
AT切割晶体谐振器以厚度滑动模式作为振荡模式，但除此之外还存在多种杂波模式（如弯曲振动、平面滑动振动等）（见图1）。

图1. AT切割晶体谐振器的振动模式

而且这些杂散的高频率可能与主振动耦合，从而影响主振动的频率温度特性。包含杂波的晶体谐振器的等效电路如图2所示。

图2. 晶体谐振器的等效电路

在杂波中，与主振动结合的危险性高的是弯曲振动和平面滑动振动，频率取决于水晶片尺寸并通过改变其尺寸来变化频率。另外，由于主振动与弯曲振动的温度特性不同，当温度发生变化时，在一定温度下与主振动发生结合，会产生振荡频率急剧变化的现象（即Activity dip），导致异常振荡（图3）。

图3. Activity dip 的驱动功率(*2)依赖性

因此，NDK通过优化晶体谐振器的水晶片与电极尺寸来抑制这些杂波，从而防止Activity dip的产生。然而，如在振荡电路设计中施加超过晶体谐振器规格的驱动功率，仍可能引发主振动与杂波耦合的Activity dip，请特别注意。

在测定驱动功率时，用电流探头测定流经晶体谐振器的电流。并用这个电流（i）和晶体谐振器的等效电路常数（R1、C0）、负载电容（CL）来计算得出(*3)。

在设计振荡电路时若要控制驱动功率，请选择合适的限流电阻 Rd（见图4）。但请注意，若 Rd 值过大，输出功率会变小，会发生客户的后级电路无法被驱动的问题。

图4  振荡电路与晶体谐振器的电流

4. 晶体谐振器在泛音模式下的异常振荡
如前所述，AT切割晶体谐振器使用厚度滑动模式，水晶片的厚度与振荡频率可用如下的公式计算。
F (MHz) = 1.67 × n / t (mm)（n: 泛音次数，t: 水晶片厚度）
例如，基波为8 MHz时，三次泛音为24 MHz（见图5）。

图5. 厚度滑动振动

晶体振荡器的等效电路如图6所示。

图6. 晶体振荡器的等效电路

振荡电路侧以负性阻抗（-R）与负载电容（CL）表示，当负性阻抗小于晶体谐振器的等效电阻时，晶体谐振器不会起振。是以基波振荡还是以三次泛音振荡？取决于 IC 的负性阻抗特性（-R），但由于振荡电路的负性阻抗具有频率特性，因此需要进行电路分析。

图7. 负性阻抗的频率特性

例如：让基波8MHz的晶体谐振器只以基波振荡，因基波的负性阻抗和三次泛音的负性阻抗之间存在如图7所示的关系，因此要充分确保基波的负性阻抗，而且不让三次泛音振荡。8MHz的SMD晶体谐振器的等效电阻Typica值为基波120Ω。三次泛音800Ω时，会以基波振荡，这种情况下不用担心三倍波振荡。

图8. 负性阻抗的频率特性（Rd 的影响）

然而，如图8红线所示的负性阻抗的频率特性那样， 24MHz的负性阻抗如有 2200Ω，那基波、三次泛音均可振荡。虽然通常会以开始振荡时起振较快的基波起振，但会因温度环境等原因产生三次泛音振荡，从而引起异常振荡。如上所述，在宽的频率范围下使用负性阻抗大的 IC 时，必须适当抑制负性阻抗。解决方案是：如图4所示，在振荡电路中加入 Rd 来控制流经晶体谐振器的电流，从而调整负性阻抗。图8中的蓝线表示加入2200Ω Rd时的负性阻抗。对于三次泛音的等效电阻800Ω，负性阻抗为 -480Ω，可以防止异常振荡的发生。

5. 为防止异常振荡
关于异常振荡已举例说明。
在设计振荡电路时，若能充分考虑晶体谐振器与 IC 的匹配特性，可防止故障的发生。关于具体的 IC 与晶体谐振器的匹配信息，请参照 NDK官网。
在试产阶段，欢迎利用 NDK 的电路匹配测试服务，我们将为您提供合适的电路常数建议，请予以参考。