系統(tǒng)性學(xué)習(xí)多重要！用信號的知識，分析晶振輸出異常

我在講課時，就一直甚至反復(fù)強調(diào)，學(xué)習(xí)一定要系統(tǒng)，只有立足基礎(chǔ)才能掌控全局。

今天跟大家分享一個非常有意思的案例，是用信號與濾波的知識，分析一個晶振輸出異常的問題。

起因是，旁邊項目組在研發(fā)一套128通道的陣列式高密度同步檢測系統(tǒng)。方案論證完成后，第一次打板回來發(fā)現(xiàn)通訊接口異常，后來定位是晶振輸出不對。

咱們先看下晶振輸出的波形，下圖就是晶振輸出的波形，理論上晶振輸出應(yīng)該是2MHz的方波。但是實際測量發(fā)現(xiàn)晶振輸出是三角波，而且疊加了一個直流信號。

圖1 晶振輸出直流檔

把示波器打到交流檔，看的會更清晰一些。原本是方波的晶振，為什么現(xiàn)在變成了三角波呢？

圖2 晶振輸出交流檔

（問個小問題，測量晶振的輸出，使用示波器探頭的1x檔位還是10檔位？使用示波器的接地夾嗎？如果不懂這兩個問題，建議看看我的書《硬件設(shè)計指南》，京東有售）

好，咱們言歸正傳，咱們仔細(xì)看圖1和圖2，方波為什么變成了三角波，基礎(chǔ)牢固的同學(xué)，應(yīng)該就會聯(lián)想到我在《運放秘籍第三部-信號電路與系統(tǒng)新說》中介紹的，方波被低通濾波后會變成光滑的三角波，濾的狠一點，就會變成類三角波。

因此我猜測，很可能晶振后面有低通濾波電路存在，把方波濾成了三角波。

檢查了下他們的圖紙，在晶振的輸出串聯(lián)了一個0歐姆電阻。我測量了板子上的電阻阻值，竟然是10KΩ！

那么很可能就是這個10kΩ的電阻和寄生電容構(gòu)成了一個低通濾波電路，把2MHz的時鐘濾成了2MHz的三角波。

圖3 原理圖

我把板子上的電阻換成0歐姆電阻后，再次測量時鐘波形如下，是非常漂亮的方波。

這就是系統(tǒng)性學(xué)習(xí)的重要性，遇到問題后，有分析問題的思路。

圖4正確2MHz時鐘

但事情并沒有結(jié)束，我們要立足基礎(chǔ)才能掌控全局。理論與實際閉環(huán)，才能建立完整的學(xué)習(xí)過程。

下面按照《運放秘籍》課程，建立仿真文件，再從理論上驗證猜測的準(zhǔn)確性。

電阻是10kΩ，假設(shè)寄生電容是40pF，那么濾波結(jié)果如下圖所示，紅色是理想的2MHz，藍色是濾波后的2MHz，藍色波形與圖1的波形非常接近，這證明了我們的猜測是正確的。

致此，我們完成了理論與實踐的閉環(huán)學(xué)習(xí)過程。這就是系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。

圖5 理論仿真閉環(huán)

只有立足基礎(chǔ)，才能掌控全局。

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審核編輯 黃宇