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这都可以阻尼电阻(阻尼电阻对放大器的影响)

在硬件设计中,晶体振荡器是一个非常重要的器件。只要是设计过MCU, DSP和其他处理器的人都会接触到晶体振荡器。工程师只要把晶体振荡器接在处理器

这都可以阻尼电阻(阻尼电阻对放大器的影响)

 

在硬件设计中,晶体振荡器是一个非常重要的器件只要是设计过MCU, DSP和其他处理器的人都会接触到晶体振荡器工程师只要把晶体振荡器接在处理器的管脚上,再并上两个电容,或者再串上一个电阻,电路工作起来就可以了。

但是这种设计真的可行和有效么?你真的了解晶体振荡器么?晶体振荡器的模型可以等效为下图:

晶体振荡器等效电路其中R1在等效电路中称为等效串联电阻,是晶体谐振器的重要特性。而在实际使用中,晶体振荡器和内部的逻辑逆变电路可以表示为下图的模型:

晶体振荡器组成的振荡电路这里会分别说明上图中器件的作用。C-MOS逆变器。C-MOS是补偿型MOS,它是由p和n型MOSFET相互连接组成。 它起到了逻辑上反向放大的作用。

补偿性MOS反馈电阻在振荡电路中,反馈电阻与C-MOS逆变器并联连接在有的MCU里会集成有反馈电阻它的作用是平衡逆变器I/O间的DC电压,而逆变器将起到放大器的作用在反馈电阻没有集成在MCU上时,最好外部并联1Mohm作为外部反馈电阻。

阻尼电阻阻尼电阻用于振荡电路中C-MOS逆变器的输出端其作用是减小振荡幅度,以降低降低功率另一方面,必须注意振荡裕量,因为过大的阻尼电阻会引起振荡停止通常阻尼电阻的使用范围是从0到2kΩ,它取决于MCU的特性。

外部负载电容:它是负载电容的一部分,一般来说,调节晶体振荡器的振荡频率,就是调节外部负载电容当然,现在有很多的处理器会集成了一些可变的负载电容这些电容值可以通过调节内部的寄存器而改变大小所以有的处理器的参考设计中,在时钟部分是没有外部负载电容的,因为它有内部负载电容。

负阻 (-R)负阻是用阻抗表示的振荡电路信号放大能力由于其作用与电阻相反,所以是负值负阻绝对值低说明振荡电路的放大能力低负载共振频率 (fL)负载共振频率是晶体谐振器在负载电容串联的情况下的共振频率由于实际值与晶体谐振器规范中额定值之间的电容差,所以实际和额定振荡频率间存在频差。

它的值可以由下面的公式求出:

频率计算公式由上式可以看出,在晶体管选定的情况下,C0,C1都是固定的,不会变化的,唯一能够变化的就是Cs我们可以看出频率和Cs的关系:外部负载电容Cs变大,那么频率就变小;外部负载电容Cs变小,那么频率就变大;。

***了解了晶体振荡器的一般模型和一些基本概念,我们就可以详细了解晶体振荡器的最重要的概念,振荡裕度(oscillator margin)振荡裕度即振荡停止的裕量,它主要取决于组成振荡电路的元件 (晶体谐振器、MCU、电容器以及电阻器)。

该裕量是用负阻 和R1(等效串联电阻)的比值来表明振荡电路放大能力的大小即:振荡裕度(oscillator margin)=|负阻|/R1理论上来说,在裕量大于或等于1时,振荡电路可以运行但是,在振荡裕量接近1时,由于振荡启动时间过长等原因,模块运行可能会失败。

所以可以通过增加振荡裕量来解决此类问题一般来说如果想要振荡稳定可靠的工作,Oscillator margin的值应该至少大于3,保险起见应该大于4.硬件工程师是没有必要自己在设计电路时去亲自测量振荡裕度的

。一般都是把设计的电路板发给crystal的厂家,由厂家来进行调试和测试,然后出具报告,表明此时钟电路满足设计与否。(原创,请转载时注明出处,谢谢。)

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