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晶振不仅仅是可以振荡就够了

2022-12-02 10:52
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晶振相当于人的心脏,能跳动,整个系统才是“活的”。晶振常见有有源晶振、无源晶振。有源晶振比较贵,但是需要外围电路少,供个电就能工作。无源晶振价格便宜,匹配电路复杂些。

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以无源晶振进行分析,以下是无源的参数信息,频率FL、load电容CL、频偏、激励功率DL、谐振Rr都是关键参数。


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无源晶振应用一般如图所示:


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无源晶振的设计:

1、RF值的设定

在大多数情况下,反馈电阻RF是内嵌在振荡器电路内的。它的作用是通过引入反馈使反向器的功能等同于放大器。Vin和Vout之间增加的反馈电阻,使放大器在Vout = Vin时产生偏置,迫使反向器工作在线性区域(图中阴影区)。工作在线性区的反向器等同于一个反向放大器,从而引发晶振起振。


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2、电容CL1、CL2计算

CL1和CL2一般是相等的,可以由晶振规格书给的负载电容CL估算出来。通过调整CL1/CL2的容值让CL值达到晶振的标定值。一般通过晶振匹配测试可以比较容易知道CL1/CL2的合适值。

估算如下:


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3、驱动功率

Drive Level描述了晶振的功耗。晶振的功耗必须限制在某一范围内,否则石英晶体可能会由于过度的机械振动而导致不能正常工作。通常由晶振制造商给出驱动级别的最大值,单位是毫瓦。超过这个值时,晶振就会受到损害。驱动级别可以由下式计算得出:


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4、外部限流电阻REXT计算

这个电阻与CL2组成一个低通滤波器,以确保振荡器的起振点在基频上,而不是在其他高次谐波频率点上(避免3次,5次,7次谐波频率)。

外部电阻Rext限制驱动强度,避免晶振被过分驱动。如果RExt值太小,晶振上可能会承担太多的功耗。如果RExt值太大,振荡器无法正常工作。大阻值的RExt可以降低激励功率,但同时-R也会变化。

一般设计好晶振电路后,打出样板需要发给晶振供应商进行晶振匹配测试。通过测试,供应商会给出一个最适当的晶振电路参数。


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