晶振及其內部電路詳解

2021-10-03 23:44:32 字數 2197 閱讀 6481

晶振原理:晶振,在電氣上它可以等效成乙個電容和乙個電阻併聯再串聯乙個電容的二端網路,電工學上這個網路有兩個諧振點,以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯諧振,較高的頻率是併聯諧振。由於晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近,在這個極窄的頻率範圍內,晶振等效為乙個電感,所以只要晶振的兩端併聯上合適的電容它就會組成併聯諧振電路。這個併聯諧振電路加到乙個負反饋電路中就可以構成正弦波振盪電路,由於晶振等效為電感的頻率範圍很窄, 所以即使其他元件的引數變化很大,這個振盪器的頻率也不會有很大的變化。

晶振有乙個重要的引數,那就是負載電容值,選擇與負載電容值相等的併聯電容,就可以得到晶振標稱的諧振頻率。

一般的晶振振盪電路都是在乙個反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振,再有兩個電容分別接到晶振的兩端,每個電容的另一端再接到地,這兩個電容串聯的容量值就應該等於負載電容,請注意一般ic的引腳都有等效輸入電容,這個不能忽略。

一般的晶振的負載電容為15p或12.5p ,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個22p的電容構成晶振的振盪電路就是比較好的選擇。             負載電容+等效輸入電容=22pf

無源晶振 有源晶振:

晶振是為電路提供頻率基準的元器件,通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類,無源晶振需要晶元內部有振盪器,並且晶振的訊號電壓根據起振電路而定,允許不同的電壓,但無源晶振通常訊號質量和精度較差,需要精確匹配外圍電路(電感、電容、電阻等),如需更換晶振時要同時更換外圍的電路。有源晶振不需要晶元的內部振盪器,可以提供高精度的頻率基準,訊號質量也較無源晶振要好。

晶振起振原理:

石英晶元所以能做振盪電路(諧振)是基於它的壓電效應,從物理學中知道,若在晶元的兩個極板間加一電場,會使晶體產生機械變形;反之,若在極板間施加機械力,又會在相應的方向上產生電場,這種現象稱為壓電效應。如在極板間所加的是交變電壓,就會產生機械變形振動,同時機械變形振動又會產生交變電場。一般來說,這種機械振動的振幅是比較小的,其振動頻率則是很穩定的。但當外加交變電壓的頻率與晶元的固有頻率(決定於晶元的尺寸)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為壓電諧振,因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。 其特點是頻率穩定度很高。

石英晶體振盪器與石英晶體諧振器都是提供穩定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振盪器是利用石英晶體的壓電效應來起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內建ic來共同作用來工作的。振盪器直接應用於電路中,諧振器工作時一般需要提供3.3v電壓來維持工作。振盪器比諧振器多了乙個重要技術引數為:諧振電阻(rr),諧振器沒有電阻要求。rr的大小直接影響電路的效能,也是各商家競爭的乙個重要引數。

可能有些初學者會對晶振的頻率感到奇怪,12m、24m之類的晶振較好理解,選用如11.0592mhz的晶振給人一種奇怪的感覺,這個問題解釋起來比較麻煩,如果初學者在練習串列埠程式設計的時候就會對此有所理解,這種晶振主要是可以方便和精確的設計串列埠或其它非同步通訊時的波特率。

問: 我發現在使用晶振時會和它並乙個電阻,一般1m以上,我把它去掉,板子仍可正常工作,請問這個電阻有什麼用?可以不用嗎? 我有看到過不用的!不理解

問:晶振的引數裡有配用的諧振電容值。比如說32.768k的是12.5pf;4.096m的是20pf. 這個值和實際電路中晶振上接的兩個電容值是什麼關係?像ds1302用的就是32.768k的晶振,它內部的電容是6pf的

答: 你所說的是晶振的負載電容值。指的是晶振交流電路中,參與振盪的,與晶振串聯或併聯的電容值。晶振電路的頻率主要由晶振決定,但既然負載電容參與振盪,必 然會對頻率起微調作用的。負載電容越小,振盪電路頻率就會越高,4.096mhz的負載電容為20pf,說明晶振本身的諧振頻率<4.096mhz, 但如果讓20pf的電容參與振盪,頻率就會公升高為4.096mhz。或許有人會問為什麼這麼麻煩,不如將晶振直接做成4.096mhz而不用負載電容?不是沒有這樣的晶振,但實際電路設計中有多種振盪形式,為了振盪反饋訊號的相移等原因,也有為了頻率偏差便於調整等原因,大都電路中均有電容參與。

pll:pll是phase-locked loop的縮寫,中文含意為鎖相環。pll基本上是乙個閉環的反饋控制系統,它可以使pll的輸出可以與乙個參考訊號保持固定的相位關係。pll一般由鑑相器、電荷放大器(charge pump)、低通濾波器、壓控振盪器、以及某種形式的輸出轉換器組成。為了使得pll的輸出頻率是參考時鐘的倍數關係,在pll的反饋路徑或(和)參考訊號路徑上還可以放置分頻器。

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