用信号的知识,分析晶振输出异常

科技   2024-12-17 18:13   北京  
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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