用信号的知识，分析晶振输出异常

21ic电子网 · 公众号 · 半导体 · 2024-12-17 18:13

正文

以前我在讲课时，就一直甚至反复强调，学习一定要系统，只有立足基础才能掌控全局。

今天跟大家分享一个非常有意思的案例，就是用信号与滤波的知识，分析一个晶振输出异常的问题。

起因是，旁边项目组在研发一套128通道的阵列式高密度同步检测系统。方案论证完成后，第一次打板回来发现通讯接口异常，后来定位是晶振输出不对。

咱们先看下晶振输出的波形，下图就是晶振输出的波形，理论上晶振输出应该是2MHz的方波。但是实际测量发现晶振输出是三角波，而且叠加了一个直流信号。

图1 晶振输出直流档

把示波器打到交流档，看的会更清晰一些。原本是方波的晶振，为什么现在变成了三角波呢？

图2 晶振输出交流档

咱们仔细看图1和图2，方波为什么变成了三角波，基础牢固的同学，应该就会联想到我在《运放秘籍第三部-信号电路与系统新说》中介绍的，方波被低通滤波后会变成光滑的三角波，滤的狠一点，就会变成类三角波。

因此我猜测，很可能晶振后面有低通滤波电路存在，把方波滤成了三角波。

检查了下他们的图纸，在晶振的输出串联了一个0欧姆电阻。我测量了板子上的电阻阻值，竟然是10KΩ！

那么很可能就是这个10kΩ的电阻和寄生电容构成了一个低通滤波电路，把2MHz的时钟滤成了2MHz的三角波。

图3 原理图

我把板子上的电阻换成0欧姆电阻后，再次测量时钟波形如下，是非常漂亮的方波。

这就是系统性学习的重要性，遇到问题后，有分析问题的思路。

图4 正确2MHz时钟

但事情并没有结束，我们要立足基础才能掌控全局。理论与实际闭环，才能建立完整的学习过程。

下面按照《运放秘籍》课程，建立仿真文件，再从理论上验证猜测的准确性。

电阻是10kΩ，假设寄生电容是40pF，那么滤波结果如下图所示，红色是理想的2MHz，蓝色是滤波后的2MHz，蓝色波形与图1的波形非常接近，这证明了我们的猜测是正确的。

致此，我们完成了理论与实践的闭环学习过程。这就是系统性学习。

图5 理论仿真闭环

只有立足基础，才能掌控全局。

END

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