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《日科干货》无源晶振起振条件及其工作原理

日期: 2018-08-13
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无源晶振(crystal)别称为石英晶体谐振器,实质为石英晶体谐振器。晶振:指的是石英晶体谐振器(quartz crystal unit)和石英晶体振荡器(crystaloscillator)的统称。

  微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的时钟源,如晶振、陶瓷谐振槽路;RC(电阻、电容)振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置,适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC 振荡器。  基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。RC 振荡器能够快速启动,成本也比较低

  无源晶振起振条件

  1、不起振。上电复位后晶振不工作或是低功耗模式下晶振不工作,但是敲击一下晶振又会正常起振。此即晶振的欠激励现象,原因在于激励功率不够或起振时间太长。解决方法是选择能耗小的晶体,同时在数据手册允许范围内减少外接电容值,缩短起振时间,电容取值不要相同。

  2、频率偏大,此为过激励现象,用示波器可以观察到输出波形的波峰和波谷被削平。此时晶振被过分驱动,应在芯片相关脚上串接电阻调整至输出波形清晰完整。

  无源晶振工作原理

  首先晶振是有缘晶振和无源晶振的总称,上面我们也知道,无源晶振才需要匹配电容,无源晶振也叫做晶体。

  晶体的电容如果在0.1U和0.01U之间,是比较大的。

  晶振的标称值在测试时有一个“负载电容”的条件,在工作时满足这个条件,振荡频率才与标称值一致。一般来讲,有低负载电容(串联谐振晶体)

  高负载电容(并联谐振晶体)之分。在电路上的特征为: 晶振串一只电容跨接在IC两只脚上的,则为串联谐振型;一只脚接IC,一只脚接地的,则为并联型。如确实没有原型号,需要代用的可采取串联谐振型电路上的电容再并一个电容,并联谐振电路上串一只电容的措施。例如: 4.433MHZ晶振,并一只3300PF电容或串一只70P的微调电容。另一种说法是“损耗

  值”与“激励电平“ 之说:

  其实,上述原因都可以作为选择晶振的条件作为考虑。常见的晶振有2脚跟4脚,其实无源晶振2脚跟4脚的差别不大,因为主要它还是靠2个脚在工作,3脚的晶振是一种集晶振和电容为一体的复合元件。由于在集成电路振荡端子外围电路中总是以一个晶振(或其它谐振元件)和两个电容组成回路,为便于简化电路及工艺,人们便研制生产了这种复合件。其3个弓|脚中,中间的1个脚通常是2 个电容连接一起的公共端,另外2个引脚即为晶振两端,也是两个电容各自与晶振连接的两端。

 无源晶振(晶体谐振器)工作原理:在石英水晶片的两边镀上电极,通过在两电极上加一定的电压,因为石英有压电效应,电压形成了,自然就会产生形变,从而给IC提供一个正弦波形。通过IC的内部整形和PLL电路后产生方波,然后输入给下级电路。有源晶振就是把频率部分和驱动PLL电路集成在IC外部,自成一体,直接输出方波供下级电路使用。

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