晶體振蕩器在電子設(shè)計中可以說是無處不在，并且在扮演著非常重要的角色，晶振對電路板的角色好比心臟于人，其重要性不言而喻。MCU無源晶振電路設(shè)計指南主要涉及到如何選擇合適的無源晶振電路以及如何設(shè)計穩(wěn)定的振蕩電路。無源晶振電路是MCU中常用的一種時鐘源，它能夠提供穩(wěn)定的時鐘信號以供MCU正常工作。設(shè)計指南通常包括選擇合適的晶振頻率、匹配合適的負(fù)載電容、布線和接地等方面的建議。
1-無源晶振起振原理無源晶振需要在諧振電路里才能工作，如單片機(jī)，其引腳內(nèi)部已配套諧振電路，接上無源晶振、匹配好外接電容，上電提供額定激勵功率就可以。晶振具有壓電效應(yīng)，在石英芯片上加電場會產(chǎn)生機(jī)械形變，再加交變電場后，芯片會產(chǎn)生機(jī)械振蕩，之間的機(jī)械能與電能會相互轉(zhuǎn)換，主要是通過單片機(jī)內(nèi)部的電激勵來產(chǎn)生固定頻率的機(jī)械振動，振動又會產(chǎn)生電流反饋給電路，電路接到反饋后進(jìn)行信號放大，再次用放大的電信號來激勵晶振機(jī)械振動，晶振再將振動產(chǎn)生的電流反饋給電路。
當(dāng)電路中激勵電信號和晶振的標(biāo)稱頻率相同時，晶振的振幅就會突然增加，此時會輸出信號強(qiáng)大，頻率穩(wěn)定的正弦波，整形電路再將正弦波變成方波送到數(shù)字電路中供其使用，無源晶振的輸出能力有限，輸出為mW級別的能量，在集成電路內(nèi)部，往往需要放大數(shù)百倍才能使用。晶振與芯片間的連線如同接收天線，走線越長，接收的信號就越強(qiáng)，產(chǎn)生的電能量也越強(qiáng)，當(dāng)接收到電信號強(qiáng)度超過或接近晶振產(chǎn)生的信號強(qiáng)度時，芯片內(nèi)部放大電路輸出的將不再是固定頻率的方波了，而是毫無規(guī)律的雜訊信號，無法使用。2-選擇指南：第一步：增益裕量(Gainmargin)計算選擇一個晶振(參考MCU的數(shù)據(jù)手冊確定晶振的頻率)。計算晶振的增益裕量(Gainmargin)并檢查其是否大于5。如果Gainmargin <5，說明這不是一個合適的晶振，應(yīng)當(dāng)再挑選一個低ESR值和/或低CL值的晶振，重新第一步。如果Gainmargin >5，進(jìn)行第二步。第二步：外部負(fù)載電容的計算計算CL1和CL2的值，并檢查標(biāo)定為該計算值的電容是否能在市場上獲得。如果能找到容值為計算值的電容，則晶振可以在期望的頻率正常起振。然后轉(zhuǎn)到第三步。如果找不到容值為計算值的電容：該應(yīng)用對頻率要求很高，你可使用一個可變電容并將其調(diào)整到計算值，然后轉(zhuǎn)到第三步。如果對頻率的要求不是特別苛刻，選擇市場上能獲得的電容中容值距計算值最近的電容，然后轉(zhuǎn)到第三步。第三步：驅(qū)動級別及外部電阻的計算計算驅(qū)動級別DL（Drive Level）并檢查其是否大于DLcrystal：如果 DL < DLcrystal，沒必要使用外部電阻，祝賀你，你找到了合適的晶振。如果 DL > DLcrystal，你應(yīng)該計算 RExt （External Resistance，外部電阻）使其確保 DL< DLcrystal 并據(jù)此重新計算 Gainmargin。如果 Gainmargin> 5，祝賀你，你找到了合適的晶振。如果 Gainmargin< 5，你別無選擇，再重新挑選另外一個晶振吧。然后重新回到第一步。注意：
僅當(dāng)晶振上的功耗超過晶振制造商給定的值， REXT才是必需的。否則， REXT的值應(yīng)當(dāng)是0。3-晶振的測試和測量晶振的測量需要常用的測量儀器有兩種：示波器和頻率儀。若通過示波器看到看到晶振的正弦波波形或頻率儀顯示正確頻率數(shù)字，就說明晶振已正常起振。一般情況下，晶振損壞的可能性極小。
來源：啟芯硬件
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