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  • 设备或组件可以保持在可接受的...这包括CMOS反相器中的噪声容限。 噪声裕度和CMOS特性 在电气工程领域,可以代数地将无噪声的 坏情况下的输入电平代数加到不引起输出电压偏离允许的逻辑电压电平的外部信号的 电压
  • 参考很多书籍,讲解的很少,往往提到最多的是起稳定作用,负载电容之类的话,都不是很深入理论的分析。问题是很多爱好者不去关心这两个电容,他们认为按参考设计做就行了,本人也是如此,直到有一次一个手机项目就...

    绝大多数的MCU爱好者对MCU晶体两边要接一个22pF附近的电容不理解,因为这个电容有些时候是可以不要的。参考很多书籍,讲解的很少,往往提到最多的是起稳定作用,负载电容之类的话,都不是很深入理论的分析。

    问题是很多爱好者不去关心这两个电容,他们认为按参考设计做就行了,本人也是如此,直到有一次一个手机项目就因为这个电容出了问题,损失了几百万之后,才开始真正的考虑这个电容的作用。

    其实MCU的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”,请参考网页中的图片。

    ed24be30d96bde69ee680318cbf11378.png

    Y1是晶体,相当于三点式里面的电感,C1和C2就是电容,5404和R1实现一个NPN的三极管,大家可以对照高频书里的三点式电容振荡电路。接下来分析一下这个电路。

    5404必需要一个电阻,不然它处于饱和截止区,而不是放大区,R1相当于三极管的偏置作用,让5404处于放大区域,那么5404就是一个反相器,这个就实现了NPN三极管的作用,NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

    接下来用通俗的方法讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理,大家也可以直接看书。

    大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是,系统放大倍数大于1,这个容易实现,相位满足360°,接下来主要讲解这个相位问题:

    5404因为是反相器,也就是说实现了180°移相,那么就需要C1,C2和Y1实现180°移相就可以,恰好,当C1,C2,Y1形成谐振时,能够实现180移相,这个大家可以解方程等,把Y1当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性,比如电容电压落后电流90°,电感电压超前电流90°来分析,都是可以的。

    当C1增大时,C2端的振幅增强,当C2降低时,振幅也增强。

    有些时候C1,C2不焊也能起振,这个不是说没有C1,C2,而是因为芯片引脚的分布电容引起的,因为本来这个C1,C2就不需要很大,所以这一点很重要。接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。

    因为7404的电压反馈是靠C2的,假设C2过大,反馈电压过低,这个也是不稳定,假设C2过小,反馈电压过高,储存能量过少,容易受外界干扰,也会辐射影响外界。C1的作用对C2恰好相反。因为我们布板的时候,假设双面板,比较厚的,那么分布电容的影响不是很大,假设在高密度多层板时,就需要考虑分布电容,尤其是VCO之类的振荡电路,更应该考虑分布电容。

    有些用于工控的项目,建议不要用晶体的方法振荡,二是直接接一个有源的晶振

    很多时候大家会用到32.768K的时钟晶体来做时钟,而不是用单片机的晶体分频后来做时钟,这个原因很多人想不明白,其实这个跟晶体的稳定度有关,频率越高的晶体,Q值一般难以做高,频率稳定度不高,32.768K的晶体稳定度等各方面都不错,形成了一个工业标准,比较容易做高。

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  • 带电阻负载的BJT反相器,其动态性能不理想。因而,在保持逻辑功能不变的前提下,可以另外加若干元器件以改善其动态性能,如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的...

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    带电阻负载的BJT反相器,其动态性能不理想。因而,在保持逻辑功能不变的前提下,可以另外加若干元器件以改善其动态性能,如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的结构,以形成TTL反相器的基本电路。

    图2表示TTL反相器的基本电路,该电路由三部分组成,即BJTT1组成电路的输入级,T3、T4和二极管D组成输出级,以及由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路,将T2的单端输入信号V12转换为互补的双端输出信号。以驱动T3和T4。

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    图2 TTL反相器的基本电路

    1.TTL反相器的工作原理

    (1)当输入为高电平,如vI=3.6V时,电源VCC通过Rb1和T1的集电结向T2、T3提供基极电流,使T2、T3饱和,输出为低电平,vo=0.2V。此时

    VB1=VBC1+VBE2+VBE3=(0.7+0.7+0.7)V=2.1V

    显然,这时T1的发射结处于反向偏置,而集电结处于正向偏置。所以T1处于发射结和集电结倒置使用的放大状态。由于T2和T3饱和,输出VC3=0.2V,同时可估算出VC2的值:

    VC2=VCES2+VB3=(0.2+0.7)V=0.9V

    此时,VB4=VC2=0.9V。作用于T4的发射结和二极管D的串联支路的电压为VC2-VO=(0.9-0.2)V=0.7V,显然,T4和D均截止,实现了反相器的逻辑关系:输入为高电平时,输出为低电平。

    (2)当输入为低电平,vI=0.2V时,T1的发射结导通,其基极电压等于输入低电压加上发射结正向压降,即

    VB1=(0.2+0.7)V=0.9V

    此时VB1作用于T1的集点结和T2、T3的发射结上,所以T2、T3都截止,输出为高电平。

    由于T2截止,VCC通过RC2向T4提供基极电流,致使T4和D导通,其电流流入负载。输出电压为

    vO≈VCC-VBE4-VD=(5-0.7-0.7)V=3.6V

    显然:输入为低电平时,输出为高电平。

    2.采用输入级以提高工作速度

    当TTL反相器输入电压由高(3.6V)变低(0.2V)的瞬间,VB1=(0.2+0.7)V=0.9V。但由于T2、T3原来是饱和的,它们的基区存储电荷还来不及消散,在此瞬间,T2、T3的发射结仍处于正向偏置,T1的集电极电压为

    VC1=VBE2+VBE3=(0.7+0.7)V=1.4V

    此时,T1的集电结为反向偏置,因输入为低电平时,T1的发射结为正向偏置,于是T1工作在放大区,这时产生基极电流iB1,其射极电流β1iB1流入低电平的输入端。集电极电流iC2≈β1iB1的方向是从T2的基极流向T1的集电极,它很快地从T2的基区抽走多余的存储电荷,使T2迅速地脱离饱和而进入截止状态。T2的迅速截止导致T4立刻导通,相当于T3的负载是个很小的电阻,使T3的集电极电流加大,多余的存储电荷迅速从集电极消散而达到截止,从而加速了状态转换。

    3.采用推拉式输出级以提高开关速度和带负载能力

    图2采用了由T3、T4组成推拉式输出级。其中T4组成电压跟随器,T3为共射极电路,作为T4的射极负载。这种输出级的优点是,既能提高开关速度,又能提高带负载能力。

    TTL反相器的基本电路(一) TTL与非门电路

    图2所示的基本TTL反相器不难改变成为多输入端的与非门。它的主要特点是在电路的输入端采用了多发射极的BJT。器件中的每一个发射极能各自独立地形成正向偏置的发射结,并可促使BJT进入放大或饱和区。两个或多个发射极可以并联地构成一大面积的组合发射极。

    图3(a)说明采用多发射极BJT用作3输入端TTL与非门的输入器件。当任一输入端为低电平时,T1的发射结将正向偏置而导通,T2将截止。结果将导致输出为高电平。只有当全部输入端为高电平时,T1将转入倒置放大状态,T2和T3均饱和,输出为低电平。

    图3(b)为3输入端TLL与非门的逻辑符号。

    0d92bdbc18ef61923e45dee6bd1f7903.png

    图3 具有多发射级BJT的3输入端与非门电路(a)电路图(b)逻辑符号

    TTL反相器的基本电路(二)

    带电阻负载的BJT反相器,其动态性能不理想。在保持逻辑功能不变的前提下,可以另外增加若干元器以改善其动态性能,如减少由于BJT基区电荷存储效应和负载电容所引起的时延。这需改变反相器输入电路和输出电路的结构,以形成TTL反相器的基本电路。下图就是一个TTL反相器的基本电路。

    eda2409fab55de55bf7f2a7ce2f56e74.png

    该电路由三部分组成:

    由三极管T1组成电路的输入级;

    由T3、T4和二极管D组成输出级;

    由T2组成的中间级作为输出级的驱动电路,将T2的单端输入信号vI2转换为互补的双端输出信号vI3和vI4,以驱动T3和T4。

    TTL反相器的基本电路(三) usb转ttl电路图

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    TTL反相器的基本电路(四)

    为解决目前市场上销售的LED彩灯控制器闪烁频率不可调或不容易调的问题,设计出一种基于TTL电路的LED可调彩灯控制器,电路采用计数器和按钮开关作为手动档位控制,共有10档可调;配上译码器和数码管实现档位自动监测显示;由时间振荡电路和16通道多路复用器HCC4067BF组成可调定时器,可产生10组时钟振荡脉冲送入触发器DM74LS74AN;再由双D触发器74LS74作为分频器控制彩灯闪烁频率;通过实际组装电路调试,电路顺利实现了10个档位手动控制,通过改变LED彩灯闪烁频率,提高了LED彩灯控制性能和闪烁效果。

    LED彩灯控制器的基本结构如图1所示,主要由档位控制器、可调定时器、档位显示、分频器、彩灯电路等组成,档位控制器设有按钮开关,共有0~9档可供选择,且可不断循环;档位显示电路由数据选择器SN74LS247N和七段LED数码管组成,能监控、显示按钮开关动作;可调定时器选用多谐振荡器实现,可提供10组定时控制,分频器采用双D触发器74L574,进行二分频和四分频;彩灯电路选择不同颜色发光二极组合。

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    整个电路主要由档位控制、定时、档位显示、分频、彩灯等电路组成,电路设计如图所示。

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    TTL反相器的基本电路(五)

    TTL门电路工作速度相对于MOS较快,但由于当输出为低电平时T5工作在深度饱和状态,当输出由低转为高电平,由于在基区和集电区有存储电荷不能马上消散,而影响工作速度。

    改进型TTL与非门可能工作在饱和状态下的晶体管T1、T2、T3、T5都用带有肖特基势垒二极管(SBD)的三极管代替,以限制其饱和深度,提高工作速度改进型TTL与非门增加有源泄放电路。

    16956277ae06424411afaa5b2b87a38c.png

    TTL反相器的基本电路(六)

    bd03dddf9848dd9af69e6d0653347575.png

    图1 TTL反相器组成的施密特触发器及其逻辑符号

    若图1电路中,TTL反相器可用CD4069,其引脚图如图2。

    be56d3599c4e53ac6fb8b05ea4873c73.png

    TTL反相器的阈值电压Vth≈VDD/2,R1R2,且输入信号vI为三角波,电路的参数如下:施密特触发器在输入信号正向增加时的阈值电压,称为正向阈值电压,用VT+表示。

    74816259a359a975e2e21ff925fb8605.png

    得回差电压为△VT=VT+-VT-≈2(R1/R2)Vth

    上式表明,回差电压的大小可以改变R1、R2的比值来调节。电路工作波形及传输特性如图3所示。

    86de24d367f054fc5f11ad4b15e82704.png

    b3aa9d100dced635c66688f2f9600644.png

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  • 微电子电路——反相器级联

    千次阅读 2019-11-24 21:05:30
    对两级串联反相器,调整其宽度或长度得到最小传递延迟时间(min TD1)。TD1定义为输入信号为vdd/2时计算到输出信号为vdd/2的总时间。其中宽度可调整的范围是4-100um,栅长可调整的范围是2-10um: SPICE网表:宽度...

    任务1:

    对两级串联反相器,调整其宽度或长度得到最小传递延迟时间(min TD1)。TD1定义为输入信号为vdd/2时计算到输出信号为vdd/2的总时间。其中宽度可调整的范围是4-100um,栅长可调整的范围是2-10um:
    SPICE网表:宽度可调

    *Inverter change L for TF=TR
    .options post=2 list
    .param wi=4u
    
    M1 3 1 2 2 MP L=2u W=wi
    M2 3 1 0 0 MN L=40u W=4u
    M3 4 3 2 2 MP L=2u W=wi
    M4 4 3 0 0 MN L=40u W=4u
    VDD 2 0 DC 5V
    VIN 1 0 pulse 0 5 0n 10n 10n 90n 200n
    C1 3 0 0.1pF
    C2 4 0 0.1pF
    
    .MODEL MP PMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10
    +NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05
    +GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214
    +UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U
    +LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001
    +NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10
    +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04
    +MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.7000)
    .MODEL MN NMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10
    +NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05
    +GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555
    +UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U
    +LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1
    +NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10
    +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04
    +MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.8000)
    .TRAN 1n 1u sweep wi 4u 100u 0.5u
    
    .MEASURE TRAN TDelay TRIG V(1) val=2.5 TD=150ns RISE=1 TARG V(4) val=2.5 RISE=1 
    .END
    

    任务2:

    对两级串联反相器,调整其宽度或长度得到最小传递延迟时间(min TD1)。TD1定义为输入信号为vdd/2时计算到输出信号为vdd/2的总时间。其中宽度可调整的范围是4-100um,栅长可调整的范围是2-10um:
    SPICE网表:长度可调

    *Inverter change L for TF=TR
    .options post=2 list
    .param length=2u
    
    M1 3 1 2 2 MP L=length W=4u
    M2 3 1 0 0 MN L=2u W=4u
    M3 4 3 2 2 MP L=length W=4u
    M4 4 3 0 0 MN L=2u W=4u
    VDD 2 0 DC 5V
    VIN 1 0 pulse 0 5 0n 10n 10n 90n 200n
    C1 3 0 0.1pF
    C2 4 0 0.1pF
    
    .MODEL MP PMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10
    +NSUB=6.193910E+15 VTO=-0.826989 KP=2.2870E-05
    +GAMMA=0.4793 PHI=0.6 U0=241.796 UEXP=0.214214
    +UCRIT=19100.4 DELTA=0.859687 VMAX=47972.9 XJ=0.250U
    +LAMBDA=5.403347E-02 NFS=2.351269E+11 NEFF=1.001
    +NSS=1.0E+12 TPG=-1.0 RSH=76.020 CGDO=3.54775E-10
    +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.981174E-10 CJ=2.2624E-04
    +MJ=0.46650 CJSW=2.3825E-10 MJSW=0.24660 PB=0.7000)
    .MODEL MN NMOS(level=2 LD=0.250U TOX=365E-10
    +NSUB=2.13818E+16 VTO=0.84898 KP=5.7790E-05
    +GAMMA=0.8905 PHI=0.6 U0=610.8 UEXP=0.244555
    +UCRIT=128615 DELTA=2.0298 VMAX=92227.9 XJ=0.250U
    +LAMBDA=1.956049E-02 NFS=2.307838E+12 NEFF=1
    +NSS=1.0E+12 TPG=1.0 RSH=22.730 CGDO=3.54775E-10
    +CGSO=3.54775E-10 CGBO=6.354506E-10 CJ=3.7740E-04
    +MJ=0.45890 CJSW=5.1360E-10 MJSW=0.36620 PB=0.8000)
    .TRAN 1n 1u sweep length 2u 10u 0.5u
    
    .MEASURE TRAN TDelay TRIG V(1) val=2.5 TD=150ns RISE=1 TARG V(4) val=2.5 RISE=1 
    .END
    

    任务3:

    环形振荡器,使用环形振荡器测量电路的工作频率及延迟时间
    SPICE网表:5个反相器&测量周期

    *AC Analysis for Ring Oscillator (RO)
    .TEMP    25.0000 
    .option abstol=1e-6 reltol=1e-6 post ingold
    .lib 'gd018.l' TT
    * --- Voltage Sources ---
    vdd   VDD  0 dc=1.8
    
    *************************************************
    * We don't need input voltage this time
    *vin   vi 0 PULSE(0 1.8 0ns 0.5ns 0.5ns 5ns 10ns)
    *************************************************
    
    * --- Inverter Subcircuit ---
    Mpmos1 vo1 vi1 VDD VDD PCH W=30U L=6U
    Mnmos1 vo1 vi1 GND GND NCH W=30U L=6U
    
    * --- Inverter Subcircuit ---
    Mpmos2 vo2 vo1 VDD VDD PCH W=30U L=6U
    Mnmos2 vo2 vo1 GND GND NCH W=30U L=6U
    
    * --- Inverter Subcircuit ---
    Mpmos3 vo3 vo2 VDD VDD PCH W=30U L=6U
    Mnmos3 vo3 vo2 GND GND NCH W=30U L=6U
    
    * --- Inverter Subcircuit ---
    Mpmos4 vo4 vo3 VDD VDD PCH W=30U L=6U
    Mnmos4 vo4 vo3 GND GND NCH W=30U L=6U
    
    * --- Inverter Subcircuit ---
    Mpmos5 vi1 vo4 VDD VDD PCH W=30U L=6U
    Mnmos5 vi1 vo4 GND GND NCH W=30U L=6U
    * --- Transient Analysis ---
    .OPTIONS	POST
    .ic v(vi1)=0 
    .tran		0.01ns	1000ns
    
    .MEASURE TRAN vmax1 MAX V(vi1) FROM 150n TO 250n
    .MEASURE TRAN vmin1 MIN V(vi1) FROM 150n TO 250n
    .MEASURE TRAN zhouqi TRIG V(vi1) val='0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1' TD=150ns RISE=1 TARG V(vi1) val='0.5*(vmax1-vmin1)+vmin1' RISE=2 
    
    .end
    

    2.电路仿真结果-基础部分

    任务1:
    在这里插入图片描述
    此为改变pmos管宽度的时候,所得到的对两级串联反相器的最小传递延迟时间(min TD1)。TD1定义为输入信号为vdd/2时计算到输出信号为vdd/2的总时间。
    可以看到很杂乱无章,这与我们的计算公式有关系
    任务2:
    在这里插入图片描述
    此为改变pmos管宽度的时候,所得到的对两级串联反相器的最小传递延迟时间(min TD1)。TD1定义为输入信号为vdd/2时计算到输出信号为vdd/2的总时间。
    可以看到基本上是一条正比例的斜线,因为我们得到的公式告诉我们,两极反相器的最小传递延迟与L成正比

    3.电路仿真结果-探索部分

    任务3:
    周期:
    在这里插入图片描述
    可以看到,周期为122.14ns左右,图像如下
    在这里插入图片描述
    可以看到我们的图像是比较规整的周期信号,而且近似于正弦稳定信号,这是因为我们的环形振荡器将会产生一个规整的在高电平与低电平之间来回往复的输出信号。
    根据我们得到的节点,可以计算出时间周期约为120ns,符合我们的测试计算值,计算频率为8.33Mhz

    4.实验结果分析

    对于单个反相器,可以得到其平均延迟时间为:
    在这里插入图片描述
    对两级串联反相器,调整其宽度或长度得到最小传递延迟时间。
    tdelay= tPHL+ tPLH= CLVDD/ ( 1/ (KP(VDD+VTP)2) )+ 1/ (KN*(VDD-VTN)2) )。
    随着L的增加,tdelay逐渐增大。
    我们通过代码绘制了这么一幅图
    在这里插入图片描述
    实现了两个反相器的级联。
    而在我们的代码中,我们通过这一句代码:
    在这里插入图片描述
    意思是以输入端1上升到1/2VDD的时候为起始计时点,以输出端上升到1/2VDD的时候为终止计时点,计算这一段所用的时间,就是我们想要求的传递延迟时间。
    在这里插入图片描述
    可以看到,我们计算出来的结果应该是与沟道长度成正比,与沟道宽度成反比。但为什么我们的宽度图像有点问题呢?
    我经过思考的出来两个可能性:
    1、在宽度达到某个极限情况的时候(相等),再进行增大,将会对寄生电容产生较大的改变,而影响到CL负载电容,而此时L/W已经足够小,小到不能够影响整体时间的时候,将会有一定的正比例上升
    2、当宽度太小,将会产生失真的情况
    而对于环形振荡器,我通过代码画出了这样的图像:
    在这里插入图片描述
    通过图像我们得到了我们的周期时间为120ns
    代入公式
    在这里插入图片描述
    这里我们的6应该换成10
    所以可以计算出来,反相器的平均延迟时间为12ns,而频率应该为8.33Mhz

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  • 在单片机中晶振是普遍存在的,那么晶振为什么这么必要,原因就在于单片机能否正常工作的必要条件之一就是时钟电路,所以单片机就很需要晶振。电子学习资料大礼包​mp.weixin.qq.com打个比方来说:晶振好比单片机的...

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    在单片机中晶振是普遍存在的,那么晶振为什么这么必要,原因就在于单片机能否正常工作的必要条件之一就是时钟电路,所以单片机就很需要晶振。
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    打个比方来说:晶振好比单片机的心脏,如果没有心脏起跳,单片机无法工作,晶振值越大,单片机运行速度越快,有时并不是速度越快越好,对于电子电路而言,速度够用就是最好,速度越快越容易受干扰,可靠性越差!

    下面小编带你了解整个晶振的原理以及晶振电路的构造。

    晶振,全称是石英晶体振荡器,是一种高精度和高稳定度的振荡器。通过一定的外接电路来,可以生成频率和峰值稳定的正弦波。

    而单片机在运行的时候,需要一个脉冲信号,做为自己执行指令的触发信号,可以简单的想象为:单片机收到一个脉冲,就执行一次或多次指令。

    在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振。

    由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。

    这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。

    晶振电路都是在一个反相放大器的两端接入晶振,再有两个电容分别接入到晶振的两端,另一个电容则接地,这两个电容串联的电容量就等于负载电容。具体电路如下图所示。

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    晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。

    一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容,请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。

    一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ,如果再考虑元件引脚的等效输入电容,则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。负载电容+等效输入电容=22pF。

    无源晶振 & 有源晶振

    晶振是为电路提供频率基准的元器件,通常分成有源晶振和无源晶振两个大类。

    无源晶振需要芯片内部有振荡器,并且晶振的信号电压根据起振电路而定,允许不同的电压,但无源晶振通常信号质量和精度较差,需要精确匹配外围电路(电感、电容、电阻等),如需更换晶振时要同时更换外围的电路。

    有源晶振不需要芯片的内部振荡器,可以提供高精度的频率基准,信号质量也较无源晶振要好。

    晶振起振原理

    石英晶片所以能做振荡电路(谐振)是基于它的压电效应,从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产生机械变形;反之,若在极板间施加机械力,又会在相应的方向上产生电场,这种现象称为压电效应。

    如在极板间所加的是交变电压,就会产生机械变形振动,同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说,这种机械振动的振幅是比较小的,其振动频率则是很稳定的。

    但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(决定于晶片的尺寸)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为压电谐振,因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。

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    石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。

    石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。

    振荡器直接应用于电路中,谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为:谐振电阻(RR),谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能,也是各商家竞争的一个重要参数。

    可能有些初学者会对晶振的频率感到奇怪,12M、24M之类的晶振较好理解,选用如11.0592MHZ的晶振给人一种奇怪的感觉,这个问题解释起来比较麻烦,如果初学者在练习串口编程的时候就会对此有所理解,这种晶振主要是可以方便和精确的设计串口或其它异步通讯时的波特率。

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