微掌握器的时钟源可以分为两类:基于机器谐振器件的时钟源,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。硅振荡器常日是完备集成的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,个中图a为皮尔斯振荡器配置,用于机器式谐振器件,如晶振和陶瓷谐振槽路。图b为大略的RC反馈振荡器。
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
电路并联电阻是由于连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供应其余180度的相移,全体环路的相移360度,知足振荡的相位条件,同时还哀求闭环增益大于即是1,晶体才正常事情。Xin和Xout的内部一样平常是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震荡的。因此,在反相器的两端并联一个电阻,由电阻完成将输出的旗子暗记反向。电阻的浸染是将电路内部的反向器加一个反馈回路,形成放大器,当晶体并在个中会使反馈回路的互换等效按照晶体频率谐振,由于晶体的Q值非常高,因此电阻在很大的范围变革都不会影响输出频率,但会影响脉宽比的。
晶振输入输出连接的电阻浸染是产生负反馈,担保放大器事情在高增益的线性区,一样平常在M欧级,KHz晶振电路,并联电阻常日为10M欧,MHz晶振,并联电容常日为1M欧旁边。
串联电阻
电路串联电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的打仗电镀,这将引起频率的上升,并导致晶振的早期失落效,又可以讲drive level调度用。用来调度drive level和发振余裕度。
电阻Rs常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会逐渐损耗减少晶振的打仗电镀,这将引起频率的上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入须要,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。这时就须要用电阻Rs来防止晶振被过分驱动。判断电阻Rs值大小的最大略的方法便是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始逐步调高,一贯到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最靠近的电阻Rs值。
输出端串联电阻与负载电容组成网络,供应180度相移,同时起到限流的浸染,防止反向器输出对晶振过驱动,破坏晶振。其值的大小常日为几百K 欧姆较多,详细大小须要通过调试,根据过驱程度去选定串接多大电阻。
晶振本身的浸染
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定事情频率,与LC谐振回路比较,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,采取高精度和稳频方法后,石英晶体振荡器可以达到10-4~10-11稳定度。
基本性能紧张是起振荡浸染,可利用其对某频率具有的相应浸染,用来滤波、选频网络等,石英谐振器相称于RLC振荡电路。
石英晶体俗称水晶,是一种化学身分为二氧化硅(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,经由六棱柱棱线并垂直于Z轴的X轴称为电轴,与X轴和Z轴同时垂直的Y轴(垂直于棱面)称为机器轴
石英晶体之以是可以作为谐振器,是由于它具有正(机器能→电能)、反(电能→机器能)压电效应。沿石英晶片的电轴或机器轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷,呈现出电压,其大小与所加力产生的形变成正比;若施加张力,则产生反向电压,这种征象称为正电效应。当沿石英晶片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机器轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种征象称为反压电效应。因此,在晶体两面三刀端加上互换电压时,晶片会随电压的变革产生机器振动,机器振动又会在晶片表里面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体,对付某一振动办法,有一个固有的机器谐振频率。当外加互换电压即是晶片的固有机器谐振频率时,晶片的机器振动幅度最大,流过晶片的电流最大,产生了共振征象。石英晶片的共振具有多谐性,即除可以基频共振外,还可以谐频共振,常日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,一样平常能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。晶片的振动频率与厚度成反比,事情频率越高,哀求晶片越薄(尺寸越大,频率越低),这样的晶片其机器强度就越差,加工越困难,而且随意马虎振碎,因此在事情频率较高时常采取泛音晶体。一样平常地,在事情频率小于20MHZ时采取基频晶体,在事情频率大于20MHZ时采取泛音晶体。
事理:压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机器变形。反之,若在晶片的两侧施加机器压力,则在晶片相应的方向年夜将产生电场,这种物理征象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机器振动,同时晶片的机器振动又会产生交变电场。在一样平常情形下,晶片机器振动的振幅和交变电场的振幅非常眇小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种征象称为压电谐振,它与LC回路的谐振征象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割办法、几何形状、尺寸等有关。
晶振的浸染一句话大略说便是:选择频率,让跟自己固有频率相等的和靠近的振荡荡起来。
对付一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常主要,尤其设计带有就寝唤醒(每每用低电压以求低功耗)的系统。这是由于低供电电压使供应给晶体的勉励功率减少,造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一征象在上电复位时并不特殊明显,缘故原由时上电时电路有足够的扰动,很随意马虎建立振荡。在就寝唤醒时,电路的扰动要比上电时小得多,起振变得很不随意马虎。在振荡回路中,晶体既不能过勉励(随意马虎振到高次谐波上)也不能欠勉励(不随意马虎起振)。晶体的选择至少必须考虑:谐振频点,负载电容,勉励功率,温度特性,长期稳定性。
参考文档
《晶振串联电阻与并联电阻有什么浸染?》——晶科鑫官网
《晶振的事理》——百度文库
《示波器的利用方法图解》——工控资料窝