一个数字电路就像一个城市的交通,晶振的作用就是十字路口的信号灯,因此晶振的品质及其电路应用尤其关键。数字电路又像生命体,它的运行就像人身体里的血液流通,它不是由单一的某个器件或器件单元构成,而是由多个器件及程序彼此配合、协调,共同完成良性的运转。
晶振按照工作原理可将其分为无源晶振(Crystal)和有源晶振(Oscillator)。两者的区别很简单:Oscillator=Crystal+IC波形调整电路。有源晶振只要供电就可以直接输出方波信号。晶振选型时,首要搞清楚到底需要的是有源晶振还是无源晶振。
(有源晶振电路图示例)
无源晶振用法注意事项
1、无源晶振的两个频率管脚不分方向,因此没有in(信号输入)和out(信号输出)的区别。
2、无源晶振的关键电气参数负载电容CL值,若CL=12pF,在选取外接电容时,需要满足如下公式:
即:
若C1=C2
C1=(CL-Cr)*2
Cr表示PCB走线寄生电容和IC管脚计生电容,通常3~5pF,也有人把Cr称之为Cs(杂散电容)。需要特别指出的是,“4~6pF”是理论推测值。电路板本身复杂程度(如多层板)及设计方式(如布线方式)直接影响着杂散电容的多少,因此在晶振实际应用中,从技术上讲,应该实测晶振的输出频率。
(无源晶振12MHz电路图示例)
选用负载电容小的探头,最好的是有源探头,因为无源探头通常为10pF左右。处于最佳工作状态的无源晶振输出波形是漂亮的正弦波,峰值大于电源的70%。如果输出幅度偏小,要适当减小两个外接电容(对地电容)C1和C2。 反之,如果波形峰峰值偏大或者出现畸形,要增大C1和C2。也可使用频率计测试晶振输出频率偏大还是偏小,如下图测试27MHz晶振显示已偏负:
(使用频率计实测晶振27MHz输出频率偏负示意图)
另外,对于IC内部而言,XI和XO之间通常是一个反相器,一些电路板设计会在这两个管脚之间接一个1M欧姆的电阻,目的是使反相器在振荡初始时处于线性状态。