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[电子百科] 石英晶体振荡器的应用电路


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发布时间:2011/5/19 10:37:25
石英晶体振荡器的应用电路

1.内部晶体振荡器电路

在有些集成电路(如单片机)中已经集成有振荡电路,只需要外加一个晶振即可。石英晶体与集成电路搭配时,通常是连接到集成电路的振荡端(OSCI/CLKIN或OSCVCLKOUT),以建立振荡,如图8-5所示。

Cl是相位调节电容;C2是增益调节电容。对于32kHz以上的晶体振荡器,当UDD >4.5V

时,建议C1-C2—30pF。南于每一种晶振都有各自的特性,所以Cl、C2最好按制造厂商所提供的数值选择。在许可范围内,Cl、C2越低越好。电容值偏大虽有利于振荡器的稳定,但将会增加起振时间。对于有些电压(低于4.5V)电路,府使C2稍大于Cl,这样在上电时,加快品振起振。

电阻RS常用来防止品振被过激励。此时可用示波器检测osc输出脚,如果检测到一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要,则晶振未被过激励;相反,如果正弦波形的波峰、波谷两端被削平,而使波形成为方形,则晶振被过激励。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简中方法就是串联一个5k0或lOkQ的微调电阻,从0Q开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法

就可以找到最接近的RS电阻值。

2.外部晶体振荡器电路

从石英晶体的电抗频率特性可知,它有两个相当接近的谐振频率:一个是串联谐振频率:另一个是并联谐振频率。当石英晶体处于串联谐振时电抗最小,当处于并联谐振时电抗最大;当处于这两个频率范围之间时,石英晶体呈电感性;当游离这两个频率之外时,石英晶体呈容性。

晶振的振荡电路形式有很多种,常用的有两种:一是品振接在振荡回路中,作为电感元件使用,这类振荡器称为并联晶体振荡器;二是把晶体作为串联短路元件使用,使其工作于串联谐振频率上,称为串联晶体振荡器。

【串联谐振电路】

串联营振电路是把晶振接在正反馈支路中,当晶振工作在串联谐振频率上时,其总电抗为零,等效为短路元件,这时反馈作用最强,满足振幅起振条件。

图8.6是工作于串联谐振状态的TTL门电路振荡器。

在串联谐振电路中,品振可以等效成LC串联电路。当电路频率为串联谐振频率叫,晶体的等效电抗接近零(发生串联谐振),串联谐振频率信号最容易通过Nl、N2闭环回路。这个频率信号通过两级反相后形成反馈振荡,晶体同时也担任着选频作用。也就是说,在工作于串联谐振状态的振荡电路,它的频率取决于晶振本身具有的频率参数。

反相器N3用来提供振荡器所需的180。相移, R3、R4 (470Q)的电阻用来提供负反馈,同时提供品振的偏胃电压。

【并联谐振电路】

并联谐振电路的原理与一般LC振荡器相同,只是把晶振体接在振荡回路中作为电感元

件使用,并与其他回路元件一起,按照i点式电路的组成原则与晶体管相连。

图8—7是工作J:并联谐振状态的CMOS门电路振荡器,晶体等效一个电感(晶体工作于

串联谐振频率与并联谐振频率之问时,晶体呈电感性)与外接的电容构成三点式LC振荡器,通过外接的电容可对频率进行微调。

电阻R接在反相器N3的输入与输出端,其日的是将N3偏置在线性放大区,构成放大器。从晶体X的两端看,Cl、C2是通过GND串联成一个电容(这个串联电容C;可以由公式Cx—CIC2/(C1+C2,)隶出,Cx不仪是Cl和C2的串联值,还将晶体内部电容co串进去,C。要比C1和C2小很多,Cx近似等于Co,所以cl和C2对谐振频率影响很小,只能做频率微调),X与串联电容构成一个并联共振电路(为了方便,这里只简单的将晶体等效为电感性),晶体和电容Cl、C2也构成一个7t型选频网络反馈通道(也称7c型谐振电路)。

罔8-7工作十并联谐振状态的CMOS门电路振荡器

U

N3放大器的输出端信号通过X、C2、CI构成的7c型谐振电路返回N3放大器的输入端,形成反馈振荡。由此可见,它的振荡频率是由兀型谐振电路所决定的(当然,主要还是由晶

体所决定的)。由于N3的输出端连接着由晶振X、C2、Cl组成的7c型谐振电路,而且输出

信号近似于正弦波,故为防Jr负载电路对振荡电路的干扰和提高带载能力,N3的输出信号需通过N4的缓冲、放大整形后再接到负载。

在品体X与串联电容C。构成的并联共振电路星,C,的损耗电阻大时,电路的Q值必然下降,『司日0会使晶体的特性恶化。引起Cx增人的因素足来自多方面的,但电阻R起到较大的作用,通常在提供足够激励的情况下,尽可能增大电阻R的电阻值(电阻R的取值一般为1—30MQ)或在N3输出端与选频网络之间(即BC问)串八一个电阻(阻值约为5~lOkQ即可)。在Cl、C2之问的连接也要引起注意,连接线粗而短,不但可以减小产生损耗,而且还能防止混入干扰源影响振荡器的正常工作。

在要求不高的实际应用中,为了设计方便,通常选择负载电容C.、C2的容量相同。在要求较高的情况下,可适当减小Cl或并联一个微调电容加以调整。

虽然图8-6电路比图8-7电路少用了一个电容,但该电路在晶体损坏时仍然有可能振荡,此时由晶体内部的分布电容和C9、R3、R4及两个反相器构成多谐振荡器。当然,此时振荡频率不是晶体的频率。如果发生这种情况,则系统将不能正常工作,会出现许多莫名其妙的问题。图8-7电路就不存在以上问题。

要得到较精确的频率,除了电容需选用损耗小、特性好的产品外,印制板布线和各元件的温度系数也很重要。晶振与集成电路(单片机)的引脚应尽量靠近,用地线把时钟区隔离起来,晶振的金属外壳接地并固定,以减少来自外界的干扰,如图8-8所示。此措施可以解决许多疑难问题。

热门型号:
HA13509F HA19209TP HA2-2640-8 HA8541 HAL318197-000 HAT2160H-EL-E HAT2210 HAT3006R-ET HAX-2JK-1 HBR1105W-TR