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在对振荡电路进行匹配测试时，需要针对【1】频率、【2】负性阻抗、【3】驱动功率（激励功率，以下称驱动功率）这3项进行调查和验证其合理性，从而预防晶体谐振器不起振、频率偏移等问题的发生。在客户的电路板上安装了NDK晶体谐振器的前提下，日本电波工业（以下简称NDK）会确认其电路和晶体谐振器的匹配性，并提出合适的使用条件的建议。到目前为止，经过电路匹配测试后，提出某种变更建议的案例已超过七成，并会根据需要，提出晶体谐振器的规格变更和所用IC的更换或电路常数的调整等方案。以下将说明上述3项的测定方法。

【1】 如何正确测定晶体谐振器的振荡电路的频率？
下面介绍测定振荡电路的振荡频率的方法。

1-1. 容易引发问题的频率测定方法
作为简便的方法，可以考虑将测定探头直接连接到晶体谐振器的引脚上，但此方法会导致测得的频率值比实际值偏低，无法做到正确测定。原因在于：一般探头的输入电容为13pF左右，即便是输入电容相对较小的FET探头也有约2pF。当探头接入晶体谐振器的引脚时，会改变负载电容 C_L，从而导致测定结果产生偏差。

图1．振荡电路

在图1所示的振荡电路中，负载电容C_L如公式1所示：

C_L=C_inxC_out / (C_in + C_out) + C_S + C_IC......(公式1) * C_S: 电路的寄生电容 C_IC: IC的内部电容

例如, 当C_in=C_out=8pF, C_s=2pF, C_IC= 4pF时, 由公式1可得C_L值为 10pF

图2．负载电容特性

图2为在接入负载电容C_L时，从晶体谐振器的自身频率 (Fo) 开始的频率变化示例。由图可知，C_L越大，频率越低。 当不接入FET探头时，振荡频率的测量值为 +136ppm。相对地，当接入FET探头时，由于负载电容增加了 2pF，测量值变为 +115ppm，比原来低了 21ppm，因此无法做到正确测定。

1-2. 利用天线的非接触式频率测定方法
通过对晶体谐振器的振荡电路进行非接触测定，可以准确测定其振荡频率。

图3．利用天线进行非接触式振荡频率测定的方法

图3为将天线靠近晶体谐振器，以非接触方式获取振荡电路的微弱信号，再通过放大器放大后用频率计等进行测定的示例。 需要注意的是，天线应保持非接触状态在晶体谐振器上方获取频率，因此必须尽量靠近。此外，测定所使用的电缆请与PCB的接地线连接。

图4．天线

图4为NDK使用的天线示例，将用于测定的同轴电缆前端剥开，并将芯线绝缘覆盖。通过将其制成环状，可以更有效地获取信号。

1-3. 振荡电路的频率调整
通过实现非接触式频率测定，可以改变图1（振荡电路）中的 C_in，C_out 数值，使振荡频率调节到目标中心频率，从而提高振荡频率的精度。另外，NDK 在出厂时已根据您指定的负载电容对晶体谐振器的频率进行校准，但如果在客户端测定时出现较大的频率差异，则可能是负载电容不同所致，请随时与我们联系。

【2】 如何测定晶体谐振器的振荡电路的负性阻抗？
晶体谐振器产生的多数问题，是在电源启动时不振荡（即不起振）这一现象。为了预防不起振，虽然具体情况会因晶体谐振器的外形尺寸和频率而异，但振荡电路必须具备足够的负性阻抗。这里将说明在设计具有适当的负性阻抗的振荡电路时，晶体谐振器的起动特性及负性阻抗的测定方法。

2-1. 晶体谐振器的起动特性
在晶体谐振器的振荡电路中接通电源时，晶体谐振器的固有频率会从白噪声中被选择性地放大，从而开始振荡。晶体谐振器的不起振问题大部分是在起动阶段（振荡开始时）发生的。

图5．振荡电路的等效电路

图5为振荡电路的等效电路，对振荡电路的起动时的情况作了分析。

为了在起动时获得稳定振荡，负性阻抗 (－R) 的绝对值 |－R| 必须足够大于晶体谐振器的负载等效电阻(R_L)。

|-R|>R_L....... (公式2)

当满足公式2时，振荡会逐渐增强并被放大，之后进入稳定状态，如图6所示，达到稳定的振幅。

图6．振荡电路的起动特性

2-2.负性阻抗的趋势
频率越低，或晶体谐振器越小型化，所需的负性阻抗就越大。此外，负性阻抗还会因IC和频率不同而有所变化。若负性阻抗过大，可能会出现以3次谐波振荡或自激振荡等不良现象。

2-3.负性阻抗的测定方法
可以通过在晶体谐振器上连接电阻，并测定其不起振时的电阻值来确定负性阻抗。测定时与频率测定相同，应使用天线对晶体谐振器进行非接触式测定，以避免受寄生电容的影响。电阻值在初始时应被设定较大，在不振荡的状态下逐步减小，到振荡时测定开始振荡时的电阻值，该电阻值即为负性阻抗。反之，如果从已振荡状态逐步增大电阻直至不起振时的电阻值，则该数值会大于实际的负性阻抗，请务必注意。

图7．负性阻抗的测定方法

【3】 如何测定晶体谐振器的振荡电路的驱动功率？
下面说明测定晶体谐振器的驱动功率的方法。

3-1. 驱动功率的测定方法
使用电流探头在示波器上测定流经晶体谐振器的电流 Ip－p (mA)（见图8）。
然后根据公式3计算出有效电流值 Irms，再通过公式4计算驱动功率。

Irms=Ip-p/(2√2) (mA)..... (公式 3)

P=(Irms) ² x R_L(μW)...... (公式 4)

※ R_L=R₁(1+C_o/C_L)²

其中，晶体谐振器的等效电阻 R1、并联电容 C_o 以及负载电容 C_L的数值请向我们咨询。 如果实测的驱动功率大于交货规格书中规定的最大驱动功率，可通过增大图1振荡电路中的 Rd 来降低流经晶体谐振器的电流，以进行调整。

图8．驱动功率的测定示意图

3-2. 驱动功率过高时的活动陷波现象
当施加到晶体谐振器上的驱动功率过高时，原本被抑制的杂散振荡可能会被激发，会发生频率温度特性的活性（即导通能力）下降。因此，请在驱动功率不超过交货规格书等所规定的数值的条件下使用。

图9．驱动功率过高导致活性下降的发生

【最后】
在使用晶体谐振器时，请事先进行电路匹配测试，验证振荡频率／负性阻抗／驱动功率等是否存在问题，即可优化客户电路板中振荡电路的构成，避免不良的发生。NDK 提供电路评估服务，欢迎随时与我们联系。