你必須知道的MCU外接晶體及振蕩電路

　　很多MCU開發(fā)者對MCU晶體兩邊要各接一個對地電容的做法表示不理解，因為這個電容有時可以去掉。筆 者參考了很多書籍，卻發(fā)現(xiàn)書中講解的很少，提到最多的往往是：對地電容具穩(wěn)定作用或相當(dāng)于負載電容等，都沒有很深入地去進行理論分析。而另外一方面，很多 愛好者都直接忽略了晶體旁邊的這兩個電容，他們認為按參考設(shè)計做就行了。但事實上，這是MCU的振蕩電路，又稱“三點式電容振蕩電路”，如圖1所示。

　　圖1：MCU的三點式電容振蕩電路

　　其中，Y1是晶體，相當(dāng)于三點式里面的電感;C1和C2是電容，而5404和R1則實現(xiàn)了一個NPN型三極管(大家可以對照高頻書里的三點式電容振蕩電路)。

　　接下來將為大家分析一下這個電路：首先，5404必需搭一個電阻，不然它將處于飽和截止區(qū)，而不是放大區(qū)，因為R1相當(dāng)于三極管的偏置作用，能讓5404處于放大區(qū)域并充當(dāng)一個反相器，從而實現(xiàn)NPN三極管的作用，且NPN三極管在共發(fā)射極接法時也是一個反相器。

　　其 次將用通俗的方法為大家講解一下這個三點式振蕩電路的工作原理。眾所周知，一個正弦振蕩電路的振蕩條件為：系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1，這個條件較容易實現(xiàn);但另 一方面，還需使相位滿足360°。而問題就在于這個相位：由于5404是一個反相器，因此已實現(xiàn)了180°移相，那么就只需C1、C2和Y1再次實現(xiàn) 180°移相就可以了。恰好，當(dāng)C1、C2和Y1形成諧振時，就能實現(xiàn)180移相;最簡單的實現(xiàn)方式就是以地作為參考，諧振的時候，由于C1、C2中通過 的電流相同，而地則在C1、C2之間，所以恰好電壓相反，從而實現(xiàn)180移相。

　　再則，當(dāng)C1增大時，C2端的振幅增強;當(dāng)C2降低時，振幅也增強。有時即使不焊接C1、C2也能起振，但這種現(xiàn)象不是由不焊接C1、C2的做法造成的，而是由芯片引腳的分布電容引起，因為C1、C2的電容值本來就不需要很大，這一點很重要。

　　那 么，這兩個電容對振蕩穩(wěn)定性到底有什么影響呢?由于5404的電壓反饋依靠C2，假設(shè)C2過大，反饋電壓過低，這時振蕩并不穩(wěn)定;假設(shè)C2過小，反饋電壓 過高，儲存能量過少，則容易受外界干擾，還會輻射影響外界。而C1的作用與C2的則恰好相反。在布板的時候，假設(shè)為雙面板且比較厚，那么分布電容的影響則 不是很大;但假設(shè)為高密度多層板時，就需要考慮分布電容，尤其是VCO之類的振蕩電路，更應(yīng)該考慮分布電容。

　　因此， 那些用于工控的項目，筆者建議最好不要使用晶體振蕩，而是直接接一個有源的晶振。很多時候大家會采用32.768K的時鐘晶體來做時鐘，而不是通過單片機 的晶體分頻來做時鐘，其中原因想必很多人也不明白，其實上這是和晶體的穩(wěn)定度有關(guān)：頻率越高的晶體，Q值一般難以做高，頻率穩(wěn)定度也比較差;而 32.768K晶體在穩(wěn)定度等各方面的性能表現(xiàn)都不錯，還形成了一個工業(yè)標(biāo)準，比較容易做高。另外值得一提的是，32.768K是16 bit數(shù)據(jù)的一半，預(yù)留最高1 bit進位標(biāo)志，用作定時計數(shù)器內(nèi)部數(shù)字計算處理也非常方便。