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硬件电路设计之晶体与晶振电路设计

CHANBAEK 来源: 一杯苦Coffee 作者: 一杯苦Coffee 2023-11-22 10:44 次阅读

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。

图片

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:

图片

其中,各个参数意义见下表:

序号名称意义
1CL负载电容
2CL1匹配电容1
3CL2匹配电容2
4CS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:

图片

可见,负载电容为8pF,寄生电容取4pF,匹配电容为:

图片

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。

图片

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

图片

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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