Loto實踐干貨(9) 示波器測晶振

ID:412156 · 發表于 2020-7-3 15:49

我們用LOTO示波器的多個型號，帶寬從20M到100M，分別測無源和有源晶振的情況。分別測試了12M,15M，24M,48M,80M晶振的波形。并分析了為什么我們經常測出晶振波形不是方波？為什么有時候測不出來晶振波形？為什么沒必要浪費示波器帶寬迎合測晶振的需求？

我們通常會遇到下面這些晶振：

有源晶振一般是4腳貼片的，無源晶振一般是兩腳直插的。有源晶振有3.3V和5V的一般，頻率可以做的比較高，無源晶振不需要電源，但是一般需要接兩個很小的電容幫助起振。

我們專門焊接12M,24M,48M,80M頻率的3.3V有源晶振做測試：

測晶振波形的時候，需要使用帶寬高于晶振頻率的示波器。

LOTO示波器各型號的帶寬列表

型號	帶寬(Hz)	最高采樣率（SPS）
OSC482	20M	50M
OSC802	25M	80M
OSCA02E	35M/60M	100M/200M
OSC2002	50M	1G
OSCH02	100M	1G

我們先從最低頻率開始測---12M的有源晶振。由于我們目前最低帶寬的示波器OSC482系列的帶寬是20M，所以測12M晶振的話，任何型號的LOTO示波器都可以進行，當然帶寬越高越好。

測晶振波形時，需要將探頭打到X10檔位，因為這時可以讓探頭的等效輸入電容最小，讓輸入阻抗最大，減小對晶振的影響。同時，我們將電壓檔位調至0.1V每格。

我們分別看看各種帶寬的LOTO示波器測12M晶振的情形：

20M帶寬的OSC482測12M晶振：

35M帶寬的OSCA02測12M晶振：

60M帶寬的OSCA02E測12M晶振：

12M晶振在50M帶寬的OSC2002下的波形：

12M晶振在100M帶寬的OSCH02下的波形：

接下來我們測48M的有源晶振。那么OSC482和OSCA02就不能測試了，因為他們的帶寬已經不足以測48M的波形了，我們使用OSCA02E進行測試：

48M晶振在50M帶寬的OSC2002下的波形：

48M晶振在100M帶寬的OSC2002下的波形：

接下來我們用100M帶寬的OSCH02測一下24M無源晶振的波形：

對比一下客戶發來的和臺式示波器對比測16M晶振的波形：

從上面實測的眾多波形里，我們會發現，晶振波形有時候測出來是正弦波，有時候測出來是圓頂的正弦波，有時候測出來是接近方波的鐘型波，都不是理想的理論上的方波。規律是，帶寬和被測晶振頻率越接近，測出來的越近似正弦波；帶寬大于被測晶振頻率越多，就越接近于方波。

這些波形都不算是錯誤，其實都是正確的，之所以有這樣的現象，根源是帶寬和被測頻率的關系問題。

如上圖所示，方波其實可以等效分解為頻率和幅值不同的無數個正弦波疊加而成的。藍色的是頻率和方波相同的基頻正弦波，綠色為3倍頻率的諧波，橙色為5倍頻率的諧波，還有5次諧波，9次諧波...無窮個諧波。

當方波被一定帶寬的示波器測量時，這個方波，相當于無數個各種諧波的正弦波被測量，高于示波器帶寬的那些諧波被示波器嚴重的過濾掉了基本上，只留下了低于帶寬的一些諧波，所以就出現了剛才我們看到的現象。帶寬離方波頻率越近，就越少的諧波被保留，就越接近正弦波，如果只有基波被保留，那么就是標準的正弦波。我們可以通過下面的圖看到，保留不同諧波個數的方波會呈現什么樣子。

是不是很熟悉，這些變形的方波基本都在我們實測中出現過。

在測量晶振的時候我們還會遇到一種情況是，無源晶振經常測不出來。一般的原因是，示波器探頭接上以后，導致了晶振停振。

無源晶振一般需要在兩個引腳處接PF級的電容幫助振蕩。示波器的探頭是帶有輸入電容的，一般也是PF級，這就是為什么我們在一開始強調需要用X10檔位來測，一方面，X10檔位的探頭帶寬更高，其次，這樣探頭的輸入等效電容更小，接在晶振引腳上時，相當于改變了它的振蕩電容大小。如果這種改變影響足夠大，晶振會停止振蕩，所以是測不出來的。

實測視頻鏈接：

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

其實，在我們的實際應用中，基本上不需要使用示波器去測晶振的波形。所以我們并不需要購買帶寬很高的示波器。想知道晶振有沒有正常振蕩其實用萬用表測下電壓就基本能判斷出來了。比如上面做實驗的3.3v的有源晶振，使用萬用表測下晶振的輸出引腳的直流電壓，大概在1.6v就基本上可以斷定晶振在振蕩了。

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