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晶振的電路匹配設(shè)計(jì)與使用

來(lái)源:http://konuaer.com 作者:konuaer 2012年05月11
晶振的電路匹配設(shè)計(jì)與使用
  康華爾電子公司生產(chǎn)的晶振,均有自帶負(fù)載電容功能,在線路上實(shí)用的時(shí)候還需要要外接電容,這樣會(huì)使晶振的精度更精確?,F(xiàn)在也有很多IC在使用晶振的時(shí)候外部不需要電容,但是這種產(chǎn)品一般要求都不是很?chē)?yán)格,但是使用商家到是很喜歡。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò),電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn),以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振,較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi),晶振等效為一個(gè)電感,所以只要晶 振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路,由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄, 所以即使其他元件的參數(shù)變化很大,這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。
  晶振有一個(gè)重要的參數(shù),那就是負(fù)載電容值,選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容,就可以得到標(biāo)稱的諧振頻率。
  一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)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(gè)電容分別接到晶振的兩端,每個(gè)電容的另一端再接到地,這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容,請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個(gè)不能忽略。
  一般的晶振的負(fù)載電容為15p、20pf或12.5p ,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
  晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件,通常分成有源晶振和無(wú)源晶振兩個(gè)大類,無(wú)源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器,并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定,允許不同的電壓,但無(wú)源晶振通常信號(hào)質(zhì)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(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器,可以提供高精度的頻率基準(zhǔn),信號(hào)質(zhì)量也較無(wú)源晶振要好。
  每種芯片的手冊(cè)上都會(huì)提供外部晶振輸入的標(biāo)準(zhǔn)電路,會(huì)表明芯片的最高可使用頻率等參數(shù),在設(shè)計(jì)電路時(shí)要掌握。與計(jì)算機(jī)用CPU不同,單片機(jī)現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對(duì)較低,但對(duì)于一般控制電路來(lái)說(shuō)足夠了。
  晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類型。無(wú)源晶振與有源晶振(諧振)的英文名稱不同,無(wú)源晶振為crystal(晶體),而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無(wú)源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào),自身無(wú)法振蕩起來(lái),所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準(zhǔn)確;有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。
  諧振振蕩器包括石英(或其晶體材料)晶體諧振器,陶瓷諧振器,LC諧振器等。
  晶振與諧振振蕩器有其共同的交集有源晶體諧振振蕩器。
  石英晶片所以能做振蕩電路(諧振)是基于它的壓電效應(yīng),從物理學(xué)中知道,若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場(chǎng),會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形;反之,若在極板間施加機(jī)械力,又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場(chǎng),這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓,就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng),同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō),這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的,其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(決定于晶片的尺寸)相等時(shí),機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加,這種現(xiàn)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(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。
  石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來(lái)起振,而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC來(lái)共同作用來(lái)工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中,諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來(lái)維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)為:諧振電阻(RR),諧振器沒(méi)有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能,也是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。康華爾電子公司生產(chǎn)的晶振均符合市場(chǎng)IC,和線路需求匹配,常規(guī)頻點(diǎn)和負(fù)載電容可以特殊指定,定做絕對(duì)能滿足市場(chǎng)電子數(shù)碼產(chǎn)品發(fā)展。

                  作者:康華爾--晶振帝國(guó)

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