1 简介
晶体与晶振在电路设计中的应用十分广泛,对于数字电路,一个稳定的时钟信号,是系统稳定的前提。
2 晶振与晶体的区别
2.1 晶振与晶体的特性
晶振
晶振的全称是 有源晶振(振荡器 ),英文名称 Oscillator 。其内部自带谐振电路,通电后即可产生时钟信号。
注意 : 无源晶体,有源晶振。 这个说法不够准确,但是能体现二者的差别。
晶体
晶体的英文名称Crystal或者 XTAL 。晶体自身无法起振, 需要借助外部电路才能输出时钟信号 。
2.2 二者区别
对比项 | 晶体 | 晶振 |
---|---|---|
电源 | 无需电源 ,但需要外部电路 | 需要电源 |
输出 | 一个输出,一个输入 | 只有一个输出 |
方向 | 没有方向 ,正反均能使用。 | 有方向 |
PIN脚 | 2个或者4个PIN脚 | 4个PIN脚 |
3 无源晶振电路设计
匹配电容是什么
单片机外部的的晶振电路通常如上图,其中 CL1和CL2为匹配电容 ,且 CL1和CL2的电容值通常相等。
配电电容计算过程
匹配电容的计算,通常按照下面的公式进行计算:
其中,各个参数意义见下表:
序号 | 名称 | 意义 |
---|---|---|
1 | CL | 负载电容 |
2 | CL1 | 匹配电容1 |
3 | CL2 | 匹配电容2 |
4 | CS | 寄生电容,一般取3~5pF。 |
案例分析
此处以CX3225SA25000D0FPQCC为例,具体参数如下:
可见,负载电容为8pF,寄生电容取4pF,匹配电容为:
可见匹配电容的取值应在8pF左右。
电阻的选择
晶振附近通常会并联或者串联上一个电阻,连接的方式不同,当然其功能也不同。
并联电阻的功能
1.降低晶体的Q值;
2.抑制EMI,EMI不过时,可减小阻值;
3.提供直流工作点;
4.使门电路工作于线性区。
串联电阻的功能
1.降低晶体的激励功率,防止损坏;
2.限制振荡幅度。
4 晶振电路设计
关键参数
频率大小 。但 频率越高,频差越大 ,从综合角度考虑,一般工程师会选用频率低但稳定的晶振,自己做倍频电路。
频率稳定度 :关键参数。 指在规定的工作温度范围内,与标称频率允许的偏差,用ppm(百万分之一)表示。一般来说,稳定度越高或温度范围越宽,价格越高。
电源电压 :常用的有1.8V、2.5V、3.3V、5V等,其中 3.3V应用最广 。
输出电平标准 :根据需要采用不同输出。(HCMOS,SINE,TTL,PECL,LVPECL,LVDS,HSCL,PLL等)每种输出类型都有它的独特波形特性和用途 。
工作温度范围:工业级标准规定的-40~+85℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯,倘若-20℃~+70℃已经够用,那么就不必去追求更宽的温度范围。
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