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晶振故障 晶振不起振的原因以及解决方案分享
发布时间 : 2024-12-03
作者 : 小编
访问数量 : 23
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晶振不起振的原因以及解决方案分享

晶振在现代器件中随处可见,因此晶振的重要性不言而喻。但在晶振使用过程中,常常出现一些意料之外的晶振故障,如为何晶振不起振。

本文中,首先将为大家介绍晶振不起振的原因以及解决方案,其次将阐述 CH340 晶振不起振的应对措施以供大家参考。如果你对本文即将讨论的问题存在一定兴趣,不妨继续往下阅读哦。

遇到单片机晶振不起振是常见现象,那么引起晶振不起振的原因有哪些呢?让我们一起来看看吧。

一、晶振不起振的原因

(1)PCB 板布线错误;

(2)单片机质量有问题;

(3)晶振质量有问题;

(4)负载电容或匹配电容与晶振不匹配或者电容质量有问题;

(5)PCB 板受潮,导致阻抗失配而不能起振;

(6)晶振电路的走线过长;

(7)晶振两脚之间有走线;

(8)外围电路的影响。

二、解决方案

(1)排除电路错误的可能性,因此你可以用相应型号单片机的推荐电路进行比较。

(2)排除外围元件不良的可能性,因为外围零件无非为电阻,电容,你很容易鉴别是否为良品。

(3)排除晶振为停振品的可能性,因为你不会只试了一二个晶振。

(4)试着改换晶体两端的电容,也许晶振就能起振了,电容的大小请参考晶振的使用说明。

(5)在 PCB 布线时晶振电路的走线应尽量短且尽可能靠近 IC,杜绝在晶振两脚间走线。

三、无源晶体与有源晶振的区别、应用范围及用法

1、无源晶体——无源晶体需要用 DSP 片内的振荡器,在 datasheet 上有建议的连接方法。无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的 DSP,而且价格通常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等),更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要 DSP 的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的 PI 型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高。对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,因为可以选用比较精密的晶振,甚至是高档的温度补偿晶振。有些 DSP 内部没有起振电路,只能使用有源的晶振,如 TI 的 6000 系列等。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大,但现在许多有源晶振是表贴的,体积和晶体相当,有的甚至比许多晶体还要小。

四、CH340 晶振不起振的现象及解决方法

现象:

连接电脑后,能够发现设备。(CH340,COM),但是打了个叹号。提示“由于 Windows 无法加载这个设备所需的驱动程序,导致这个设备工作异常。(代码 31)”

用示波器观察,发现晶体没有起振。

排查过程:

1、先更换晶体;不行

2、然后对照数据手册检查原理图,发现 V3 引脚应该接 0.01uF 电容,而我用了 0.1uF,换,发现还是不行。

3、更换芯片,不行。

4、更换 USB 线,不行。

5、后来在官方 BBS 上也有晶体不起振的情况,具体是上电瞬间晶体起振,稍后即为高电平。

用示波器测发现我的也是。但是他那个是因为信号线 D+D- 没有加屏蔽导致。虽然没解决问题,但既有启示也有进展。

此外还得到另外一个信息,如果 CH340 和电脑通信异常,那么芯片会进入睡眠状态,此时晶体是不起振的。也就是说晶体不起振未必是设备硬件的问题。还和上位机有关。

6、从官网下载了最新的驱动程序,还是不行。

7、最后还是要感谢度娘,搜索上面的提示“由于 Windows 无法加载这个设备所需的驱动程序,导致这个设备工作异常。(代码 31)”,有个解答如下“从设备管理器中手动删除这个硬件信息,再扫描硬件改动就应该可以发现这个硬件信息,不需要系统自动搜索驱动,而是手动指向驱动所在的文件夹,(如果没有驱动的话,可以事先下载并解压好。)这样就可以重新安装它的驱动程序了。”

按照操作,就能够正常识别了。

码住!晶振失效三大原因及解决办法

如果说选型晶振是工程师的必修课,那么学会晶振失效基础分析则是加分项。工程师选购在选择晶振时,不单单要考虑到性价比,同样重要的还有晶振参数匹配性。

选择不适当时可能会导致晶振不起振,系统无法正常运行,一起来看看晶振失效情况下,如何分析并解决呢?

一、物料选型时,参数不匹配导致晶振不起振

1、等效负载需要6PF而选择了15PF;

解决办法:更换符合要求的规格型号。必要时请与MCU原厂或者晶振厂商确认。

2、频率误差(ppm)太大,导致实际频率偏移标称频率从而引起晶振不起振;

解决办法:选择合适的PPM值的产品。

3、负性阻抗过大太小都会导致晶振不起振

解决办法:调节晶振外接电容,如图3中C1 C2,一般而言,负性阻抗值应满足不少于晶振标称最大阻抗3-5倍。负性阻抗过大,可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调大来降低负性阻抗;

4、激励电平过大或者过小导致晶振不起振;

解决办法:通过调整电路中的Rd的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。一般而言,激励电平越小越好,处理功耗低之外,还跟振荡电路的稳定性和晶振的使用寿命有关。

二、焊接、存储等使用不规范导致晶振不起振

1、 焊接时温度过高或时间过长,导致晶振内部电性能指标出现异常而引起晶振不起振

解决办法:解决办法:焊接制程过程中一定要规范操作,对焊接时间和温度的设定要符合晶振的要求。如有疑问可与我们联系确认。

2、储存环境不当导致晶振电性能恶化而引起不起振

解决办法:尽可能在常温常湿的条件下使用、保存,避免晶振或者电路板受潮。

3、EMC问题导致晶振不起振

解决办法:一般而言,金属封装的制品在抗电磁干扰上优于陶瓷封装制品,如果电路上EMC较大,则尽量选用金属封装制品。另外晶振下面不要走信号线,避免带来干扰。

三、 晶振制造、质量问题导致晶振不起振

1、晶振生产或运输中内部水晶片破裂或损坏导致晶振不起振

解决办法:更换好的晶振。平时需要注意运输过程中要用泡沫包厚一些,避免中途损坏;制程过程中避免跌落、重压、撞击等,一旦有以上情况发生禁止再使用。

2、晶振内部水晶片上附有杂质或者尘埃等导致晶振不起振

解决办法:更换新的晶振。在选择晶振供应商的时候需要对厂商的设备、车间环境、工艺及制程能力予以考量,这关系到产品的品质问题。

当使用时发现晶振不起振,一般从以上三点找原因即可,若出现停振,则要看看是否发烫,从而可能是激励电平过高的原因;抑或是晶振在工作逐渐出现停振现象,用手碰触或者用电烙铁加热晶振引脚又开始工作,则一般原因为振荡电路中的负性阻抗值太小,需要调整晶振外接电容Cd和Cg的值来达到满足振荡电路的回路增益。

以上是小扬为大家整理的关于晶振失效解析及解决办法,希望能够给大家带来帮助。

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