石英晶体振荡线路误差来源及其回路分析
振荡线路回路分析的目的：
一个晶体振荡电路必然会存在一定范围的误差，问题是如何了解这个误差范围，并将误差值控制在最小的范围以内。
振荡电路主要有三种误差来源：
第一种：石英晶体单元本身就存在有不同的精度（也就是容许误差）。
第二种：误差来源是石英晶体的温度特性，也就是频率随温度变化会出现偏差的现象。
图1：石英晶体频率—温度特性曲线
第三种：误差来源来自振荡电路上的外围元器件配置，这些组件包括石英晶体、半导体ic、外围电阻/电容，以及pcb走线。
进行振荡电路回路分析的目的，就是为了检视石英晶体在整个振荡电路中是否得到理想的匹配。透过回路分析，研发人员可以在电路设计阶段就了解石英晶体振荡电路的匹配状况，避免在量产后才发生问题，因为再更改设计很不容易。
回路分析要点
振荡电路回路分析包含三个基本的面向，介绍如下：
1.频率容许误差（frequency tolerance）的量测：
频偏误差的计算公式如下：
频偏误差=（量测频率值–中心频率值）/中心频率值x 1，000，000（得出的单位为ppm）。
2. 驱动功率（d.l.，driver level）：
计算公式为： p （uw）= i^2 x re
3. 负性阻抗（也称为起振余量）：-r
负性阻抗代表振荡线路的起振余量状况，也就是这个电路的健康度，即石英晶体在驱动下容不容易被起振。负性阻抗的判断基本值是石英晶体最大esr值的3~5倍。
实际操作的时候主要改变负载电容的匹配，那幺我们来看一下负载电容和各项参数的关系：
负载电容与频率容许误差的关系图：电容变大，频率变慢；电容变小，频率变快
负载电容与驱动功率的关系图：当负载电容变小时，驱动功率也会变小
负载电容与负性阻抗的关系图：当负载电容变小时，负性阻抗会变大
［案例分析］
客户在应用mc-146的过程中发现会有10%左右的晶体起振时间过长、甚至不起振的现象发生。需要对电路设计进行测试来找到问题的原因和解决方法。
根据客户提供参数测试得到如下数据：
从测试结果看客户初始选择cl=12.5pf的mc-146进行设计，匹配电容c174=c175=18pf， 测得精度为+4.4 ppm满足应用要求。同时dl= 0.119w也小于0.5 w的要求。但是我们看到–r值为220 k不满足–r》5* esr的要求。 该设计存在起振缓慢或停振的风险，因此需要对回路的器件参数进行重新设定。
重新设定的原则是：使振荡回路得到的参数指标都满足设计要求。
经过测试发现 cl=12.5pf 的mc-146 在该系统的所有情况下都不能满足全部的参数要求，因此需要更换晶体单元。
结果显示当使用cl=7 pf 的mc-146 的时候，匹配电容c174=7pf c175=6 pf， 测得精度为+3.8 ppm 满足应用要求。同时 dl= 0.081？w 也小于0.5w的要求。-r值为1000 k远远大 5倍esr（325 k）。因此推荐客户使用该参数匹配的电路设计，可以保证得到稳定可靠的时钟频率。
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1.频率容许误差（frequency tolerance）的量测：
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2. 驱动功率（d.l.，driver level）：
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实际操作的时候主要改变负载电容的匹配，那幺我们来看一下负载电容和各项参数的关系：
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重新设定的原则是：使振荡回路得到的参数指标都满足设计要求。
经过测试发现 cl=12.5pf 的mc-146 在该系统的所有情况下都不能满足全部的参数要求，因此需要更换晶体单元。
结果显示当使用cl=7 pf 的mc-146 的时候，匹配电容c174=7pf c175=6 pf， 测得精度为+3.8 ppm 满足应用要求。同时 dl= 0.081？w 也小于0.5w的要求。-r值为1000 k远远大 5倍esr（325 k）。因此推荐客户使用该参数匹配的电路设计，可以保证得到稳定可靠的时钟频率。
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