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遥控器晶振寿命筛选电路设计
kenzhimatang 发表于 2012/10/30 10:21:10 2050 查看 2 回复 [上一主题] [下一主题]
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摘要：晶振是遥控器控制电路中最关键的零部件之一，起着举足轻重的作用，而晶振的过早失效是造成遥控器故障的主要原因之一。本文从遥控器的工作原理和晶振的工作原理、失效模式及失效分析出发，阐述遥控器晶振寿命筛选电路的设计，来进行晶振寿命筛选，达到对晶振质量的控制。
1 引言
从市场故障遥控器技术分析情况来看，遥控器主要质量问题的表现是：遥控器在上电复位检查时，遥控器液晶显示器字符有一定规则的缺显，同时遥控器不开机；通过测量检查是电路不振荡，经实际统计电路不振荡大多是32.768kHz晶振过早失效所致。从零部件进厂检验角度看，需要对晶振进行长时间的寿命筛选试验，来有效地控制晶振过早失效，提高晶振的寿命及可靠性。下面就晶振寿命筛选电路构思进行探讨，并在此基础上研究所选用的相关电子元件，通过具体的试验来论证谐振器寿命筛选电路的可行性。
2 遥控器工作原理
遥控系统一般由遥控器（发射器）、接收器和中央处理器（CPU）组成。接收器和CPU部分都在家电主机上。遥控器产生不同的编码脉冲，输出各种以红外线为媒介的控制脉冲信号，这些脉冲是计算机指令代码，用来控制中央处理器（CPU）的操作。接收器将收到的红外信号进行放大、限幅、检波、整形后送到CPU,CPU根据不同的信号发出控制信号到相应的控制电路。
遥控器由控制电路、红外线发射部分和按键扫描矩阵三大部分组成：
① 控制电路是遥控器的核心部分，我们以M34552单片机为例，振荡电路如图1所示，晶振连接到单片机的XIN/XOUT和XCIN/XCOUT引脚上，以建立振荡；振荡电路送来的信号经过整形、分频等处理，产生了扫描用的控制信号，通过M34552芯片内软件功能实现红外遥控对输出信号的控制。
② 红外线发射部分由晶体三极管提供功率放大，以足够的功率驱动红外线发光二极管，发射出红外线脉冲信号。
③ 按键扫描矩阵由集成电路的扫描输出、输入电路引脚组成横竖交叉矩阵，无键按下时，输入输出互不相连。当某一键按下时，相应的输入口即有信号送达，使控制电路得知哪一个按键被按下，它会发出一种指定的信号来控制功能。
3 晶振的工作原理及失效分析
3.1工作原理
晶振也称晶体谐振器，主要由石英晶片、银膜层电极、引线、支架和外壳等组成，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的机电效应特性，即通电就会产生机械振荡，反之，如果施加机械力则又会产生电。机电效应一个很重要的特点，就是其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。
3.2失效分析
在电子线路中，晶振的主要失效模式是开路、短路、频率稳定性差等。造成开路、短路的原因主要为支架脱落、脱锡、外壳封装系统机械损伤等，而造成频率稳定性差的因素很多。晶振在使用和贮存过程中，随着时间的变化而出现老化现象，通过对成品的解剖和原材料、制造工艺的分析，应用扫描电子显微镜的观察，初步认为失效的晶振频率稳定性差是由使用的原材料不当、石英晶片表层清洁处理不良、表层污染、蒸发的银膜层附着性差因素造成的。
4 遥控器晶振寿命筛选电路的设计
为使晶振的寿命筛选电路更加贴切遥控器实际工作状态，我们采用XT并行谐振振荡电路，应用晶振的基频来设计。
4.1集成电路的选用
为使晶振的寿命筛选电路不要复杂化，可选用TC4069UB集成电路，TC4069UB集成电路是一个反相器，用它可以实现晶体振荡的筛选电路；TC4069UB内部原理如图2所示。
从图2中可以看出， TC4069UB集成电路内包含有6个反相器，在进行实验时仅选用一个反相器来实验，基本实验电路原理图见图3.图3中反相器用来实现晶体振荡电路所需的180°相移，而RF电阻则用来提供反馈信号给反相器的，RS1电阻用来提供偏压，从而使反相器TC4069UB工作在线性范围内。
4.2晶体驱动检查
当晶体被过分驱动会逐渐损耗，减小晶振的接触电镀，这将会引起频率上升（频率漂移），用示波器检测I输出脚的波形，如检测到非常清晰的正弦波，而且正弦波的上限值和下限值符合输入需要，则晶振未被驱动；相反如正弦波形的波峰、波谷两端被削平则晶振被过分驱动。为防止晶振筛选电路中的晶振被过分驱动，这时在电路中需加RS来防止晶振被过分驱动。RS值的大小可用一只5kΩ的微高调电位器，从0开始往高慢慢调节，一直到正弦波不再被削平为止，此时对可调电阻的阻值进行确认后，选用上个与微调值相接近的电阻。
4.3 起振电容C值的选择
电容的选用和设置直接影响晶振的频率误差和稳定性。起振电容C值如果选择偏大虽有利于振荡器的稳定性，但会增加电路的起振时间；C1是相位调节电容器，C2是增益调节电容器，当两电容选用值不等，如电容C1选用30pF、C2选用180pF,试验时测量到晶振的频率发生偏离，频率变小约28kHz左右，若将C2容量再减小约100pF时，测量到晶振的频率值30kHz,由此可见起振电容的值越低越好，同时C1、C2电容相差1pF,频率将会相差10ppM左右，所以两电容值选C1=C2=30p电容量，既能缩短起振时间，又能保证振荡器时不偏频、振荡器能稳定振荡。
4.4 电阻R选用。
由反向器实现晶体振荡电相移180度的振荡器，是要求状态能相互转换，所以电路中必须引入反馈，筛选电路中RF电阻的作用，是用来提供反馈信号给反向器的，RF阻值选小或选大影响反馈效果，经试验RF选用1MΩ能起反馈信号作用。R1、RS1是偏压电阻，通常可选用10kΩ。
5 小结
上述设计的晶振寿命筛选电路，具有价廉、简易、方便等特点，在该电路的状态下对32.768kHz晶振的振荡频率，其频率均在标准值32.768kHz左右，上下误码差不超过1Hz,符合晶振试验要求，而且该电路晶振能稳定振荡，频率不产生偏移，这样当晶体在一特定环境温度下处于长期工作一段时间后，对每一只经过此试验的晶振再进行频率等参数的测量，可以达到寿命筛选的目的。
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zhagnliseo 发表于 2012/11/12 10:41:25
2楼 回复本楼多谢楼主分享的遥控器晶振寿命筛选电路设计,关于精密电阻的电路设计，也可以思考下。
引用 zhagnliseo 2012/11/12 10:41:25 发表于2楼的内容
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引用 chinahc 2013/2/22 9:33:50 发表于3楼的内容
