晶振串联电阻与并联电阻有什么作用?

浏览量: 上传更新:2019-12-18 18:24

咱们在观察晶体振荡电路时,一般会看到这么几个电子元器材,晶振和晶振两旁的电容。电容一端接地,一端接晶振。还有就是两个电阻,一个是跨接在晶振两端,一个接在晶振的输出端,同芯片相连。旁接的电容咱们都知道叫匹配电容,它们的巨细能够改变振荡电路的频率,通过试验就能够观察的到。而两个分别串并得电阻各自起到什么效果,其值选多大?
微控制器的时钟源能够分为两类:基于机械谐振器材的时钟源,如晶振、陶瓷谐振槽路;基于相移电路的时钟源,如:RC (电阻、电容)振荡器。硅振荡器一般是完全集成的RC振荡器,为了提高稳定性,包含有时钟源、匹配电阻和电容、温度补偿等。
下图给出了两种时钟源。两种分立的振荡器电路,其中图a为皮尔斯振荡器配置,用于机械式谐振器材,如晶振和陶瓷谐振槽路。图b为简单的RC反应振荡器。 

举例,一个振荡电路在其输出端串接了一个22K的电阻,在其输出端和输入端之间接了一个10M的电阻。并联电阻
电路并联电阻是因为衔接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器,将输入进行反向180度输出,晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移,整个环路的相移360度,满足振荡的相位条件,一起还要求闭环增益大于等于1,晶体才正常作业。Xin和Xout的内部一般是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震荡的。因而,在反相器的两端并联一个电阻,由电阻完结将输出的信号反向。电阻的效果是将电路内部的反向器加一个反应回路,形成放大器,当晶体并在其中会使反应回路的交流等效按照晶体频率谐振,因为晶体的Q值非常高,因而电阻在很大的范围变化都不会影响输出频率,但会影响脉宽比的。晶振输入输出衔接的电阻效果是发生负反应,保证放大器作业在高增益的线性区,一般在M欧级,KHz晶振电路,并联电阻一般为10M欧,MHz晶振,并联电容一般为1M欧左右。

 

串联电阻

电路串联电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的结果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的上升,并导致晶振的早期失效,又能够讲drive level调整用。用来调整drive level和发振余裕度。电阻Rs常用来避免晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常明晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻Rs来避免晶振被过分驱动。判断电阻Rs值巨细的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。通过此方法就能够找到最接近的电阻Rs值。

输出端串联电阻与负载电容组成网络,提供180度相移,一起起到限流的效果,避免反向器输出对晶振过驱动,损坏晶振。其值的巨细一般为几百K 欧姆较多,具体巨细需要通过调试,依据过驱程度去选定串接多大电阻。

 

石英晶振

 

晶振本身的效果振荡器是一种能量转换器,石英谐振器是利用石英晶体谐振器决议作业频率,与LC谐振回路相比,它具有很高的标准性和极高的品质因数,,具有较高的频率稳定度,采用高精度和稳频措施后,石英晶体振荡器能够达到10-4~10-11稳定度。基本性能主要是起振荡效果,可利用其对某频率具有的响应效果,用来滤波、选频网络等,石英谐振器相当于RLC振荡电路。石英晶体俗称水晶,是一种化学成分为二氧化硅(SiO2)的六角锥形结晶体,比较坚硬。它有三个相互垂直的轴,且各向异性:纵向Z轴称为光轴,经过六棱柱棱线并垂直于Z轴的X轴称为电轴,与X轴和Z轴一起垂直的Y轴(垂直于棱面)称为机械轴

 

石英晶体之所以能够作为谐振器,是因为它具有正(机械能→电能)、反(电能→机械能)压电效应。沿石英晶片的电轴或机械轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面发生正、负电荷,呈现出电压,其巨细与所加力发生的形变成正比;若施加张力,则发生反向电压,这种现象称为正电效应。当沿石英晶片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种现象称为反压电效应。因而,在晶体两面三刀端加上交流电压时,晶片会随电压的变化发生机械振荡,机械振荡又会在晶片内表面发生交变电荷。因为晶体是有弹性的固体,关于某一振荡方式,有一个固有的机械谐振频率。当外加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时,晶片的机械振荡幅度最大,流过晶片的电流最大,发生了共振现象。石英晶片的共振具有多谐性,即除能够基频共振外,还能够谐频共振,一般把利用晶片的基频共振的谐振器,利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器,一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。晶片的振荡频率与厚度成反比,作业频率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,频率越低),这样的晶片其机械强度就越差,加工越困难,而且简单振碎,因而在作业频率较高时常采用泛音晶体。一般地,在作业频率小于20MHZ时采用基频晶体,在作业频率大于20MHZ时采用泛音晶体。

原理:压电效应
    若在石英晶振的两个电极上加一电场,晶片就会发生机械变形。反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将发生电场,这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会发生机械振荡,一起晶片的机械振荡又会发生交变电场。在一般情况下,晶片机械振荡的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅显着加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振,它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

        

 

晶振的效果一句话简单说就是:选择频率,让跟自己固有频率相等的和接近的振荡荡起来。

 

关于一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常重要,特别设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的鼓励功率减少,造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别显着,原因时上电时电路有满足的扰动,很简单建立振荡。在睡眠唤醒时,电路的扰动要比上电时小得多,起振变得很不简单。在振荡回路中,晶体既不能过鼓励(简单振到高次谐波上)也不能欠鼓励(不简单起振)。晶体的选择至少有必要考虑:谐振频点,负载电容,鼓励功率,温度特性,长时间稳定性。