發(fā)布時間:2019-09-24
事實上,晶體振蕩器有很多名字。你可以稱之為應(yīng)時晶體振蕩器、晶體諧振器、石英晶體振蕩器、壓電晶體等等普通應(yīng)時晶體振蕩器通常用于普通電子產(chǎn)品,例如計算機(jī)周圍的電子數(shù)字產(chǎn)品?;旧希褂脩?yīng)時晶體振蕩器、陶瓷晶體振蕩器和32.768K晶振系列,就像千赫晶體一樣。32.768K晶振通常在計算機(jī)外圍產(chǎn)品。
中起時鐘控制作用。然而,串聯(lián)電阻和并聯(lián)電容需要在每個應(yīng)時晶體振蕩器外部匹配,以使晶體振蕩器發(fā)揮最大頻率穩(wěn)定作用。 是晶體振蕩器的簡稱,它在電學(xué)上相當(dāng)于一個兩端網(wǎng)絡(luò),其中電容和電阻并聯(lián),電容串聯(lián)。從電子學(xué)角度來說,這種產(chǎn)品有兩個諧振點,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,兩個頻率之間的距離相當(dāng)近。在這個極窄的頻率范圍內(nèi),晶體振蕩器相當(dāng)于電感器,所以只要晶體振蕩器的兩端與適當(dāng)?shù)碾娙萜鞑⒙?lián),它就會形成并聯(lián)諧振電路。 并聯(lián)諧振電路可以添加到負(fù)反饋電路中以形成正弦波振蕩電路。由于等效于電感的晶體振蕩的頻率范圍非常窄,即使其他元件的參數(shù)變化很大,該振蕩器的頻率也不會變化很大。 晶體振蕩器有一個重要參數(shù),即負(fù)載電容值。選擇等于負(fù)載電容值的并聯(lián)電容器可以獲得晶體振蕩器的標(biāo)稱諧振頻率 。
公共晶體振蕩器電路在反相放大器的兩端連接到晶體振蕩器(注意放大器不是反相器),然后兩個電容器分別連接到晶體振蕩器的兩端,每個電容器的另一端接地。串聯(lián)的兩個電容器的電容值應(yīng)該等于負(fù)載電容。請注意,普通集成電路的引腳具有不可忽略的等效輸入電容 普通晶體振蕩器也分為無源晶體振蕩器和有源晶體振蕩器 無源晶體振蕩器和有源晶體振蕩器(諧振)有不同的英文名稱。無源晶體振蕩器是晶體,而有源晶體振蕩器被稱為振蕩器 無源晶體振蕩器需要時鐘電路的幫助來產(chǎn)生振蕩信號,并且不能自行振蕩,因此術(shù)語“無源晶體振蕩器”不準(zhǔn)確。有源晶體振蕩器是一個完整的諧振振蕩器 諧振振蕩器包括應(yīng)時(或其晶體材料)晶體諧振器、陶瓷諧振器、液晶諧振器等。
晶體振蕩器和諧振振蕩器具有共同的交叉有源晶體諧振振蕩器 應(yīng)時晶片可以用作振蕩電路(諧振)的原因是基于它的壓電效應(yīng)。從物理學(xué)可知,如果在晶片的兩塊板之間施加電場,晶體將發(fā)生機(jī)械變形。相反,如果在板之間施加機(jī)械力,將在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場。這種現(xiàn)象被稱為壓電效應(yīng)。 如果在極板之間施加交流電壓,將產(chǎn)生機(jī)械變形振動,同時機(jī)械變形振動將產(chǎn)生交流電場。 一般來說,這種機(jī)械振動的振幅相對較小,其振動頻率非常穩(wěn)定。 然而,當(dāng)施加的交流電壓的頻率等于晶片的固有頻率(由晶片的尺寸決定)時,機(jī)械振動的幅度將急劇增加。這種現(xiàn)象被稱為壓電諧振,所以應(yīng)時晶體也被稱為石英晶體諧振器。 它的特點是高頻穩(wěn)定性。 石英晶體振蕩器和石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的電子器件。 石英晶體振蕩器利用應(yīng)時晶體的壓電效應(yīng)開始振動,而石英晶體諧振器利用應(yīng)時晶體和內(nèi)置集成電路共同工作。 振蕩器直接用在電路中。通常,諧振器需要提供3.3V電壓來維持其工作。
振蕩器比諧振器有一個更重要的技術(shù)參數(shù):諧振電阻(RR),諧振器沒有電阻要求 RR直接影響電路的性能,也是企業(yè)競爭的重要參數(shù)。 微控制器的時鐘源可分為兩類:基于機(jī)械諧振器件的時鐘源,如晶體振蕩器和陶瓷諧振回路;基于相移電路的時鐘源,例如電阻電容振蕩器 硅振蕩器通常是完全集成的RC振蕩器。為了提高穩(wěn)定性,它們包括時鐘源、匹配電阻和電容、溫度補(bǔ)償?shù)?。提供兩個時鐘源。 給出了兩個獨立的振蕩器電路,其中圖1a是用于機(jī)械諧振裝置(例如晶體振蕩器和陶瓷諧振回路電路)的皮爾斯振蕩器配置。 圖1b是一個簡單的RC反饋振蕩器 圖1。簡單時鐘源:(1)皮爾斯振蕩器(2)RC反饋振蕩器機(jī)械諧振器和基于晶體振蕩器和陶瓷諧振回路(機(jī)械)的RC振蕩器振蕩器振蕩器之間的主要區(qū)別通常提供非常高的初始精度和低的溫度系數(shù) 相對而言,RC振蕩器可以快速啟動,成本相對較低,但在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi),其精度通常較差,并且將在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%之間變化。 圖1所示的電路可以產(chǎn)生可靠的時鐘信號,但是其性能受到環(huán)境條件、電路元件選擇和振蕩器電路布局的影響。 振蕩器電路的元件選擇和電路板布局需要認(rèn)真對待。
使用時,陶瓷諧振回路電路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進(jìn)行優(yōu)化。 高Q值晶體振蕩器對放大器選擇不敏感,但過驅(qū)動時很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞)。 影響振蕩器工作的環(huán)境因素包括電磁干擾、機(jī)械振動和沖擊、濕度和溫度。 這些因素會增加輸出頻率的變化,增加不穩(wěn)定性,在某些情況下,會導(dǎo)致振蕩器停止振動。 振蕩器模塊的上述大部分問題可以通過使用振蕩器模塊來避免。 這些模塊有自己的振蕩器,提供低電阻方波輸出,并能確保在特定條件下工作。 兩種最常用的類型是晶體振蕩器模塊和集成硅振蕩器 晶體振蕩器模塊提供與分立晶體振蕩器相同的精度。 硅振蕩器的精度高于分立諧振電路,在大多數(shù)情況下可以提供與陶瓷諧振回路相當(dāng)?shù)木取?nbsp; 選擇振蕩器時,還應(yīng)考慮功耗功耗 分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流和電路內(nèi)部的電容值決定。 CMOS放大器的功耗與工作頻率成正比,可以表示為功耗電容值。 例如,HC04逆變器門電路的功耗電容值為90pF 在4兆赫和5伏電源下工作時,電源電流相當(dāng)于1.8毫安 使用20pF晶體振蕩器負(fù)載電容,整個電源電流為2.2mA 陶瓷諧振回路電路通常具有更大的負(fù)載電容,并且相應(yīng)地需要更多的電流 相比之下,晶體振蕩器模塊通常需要10mA至60mA的電源電流
硅振蕩器的電源電流取決于其類型和功能,范圍從幾微安低頻(固定)器件到幾毫安可編程器件 低功耗硅振蕩器,如MAX7375,在4MHz下工作時需要的電流不到2mA。 結(jié)論:在特定的微控制器應(yīng)用中,在選擇最佳時鐘源時需要綜合考慮以下因素:精度、成本、功耗和環(huán)境要求