線路設(shè)計(jì)中【晶振的負(fù)載電容】你如何去理解!
晶振有一個(gè)重要的參數(shù),那就是負(fù)載電容值,選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容,就可以得到晶振標(biāo)稱(chēng)的諧振頻率。
一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振,再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端,每個(gè)電容的另一端再接地,這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容,請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容,這個(gè)不能忽略。
一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ,如果再考慮元件引腳的等效輸入電容,則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件,通常分成有源晶振和無(wú)源晶振兩個(gè)大類(lèi),無(wú)源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器,并且晶振的信號(hào)電壓根據(jù)起振電路而定,允許不同的電壓,但無(wú)源晶振通常信號(hào)質(zhì)量和精度較差,需要精確匹配外圍電路(電感、電容、電阻等),如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器,可以提供高精度的頻率基準(zhǔn),信號(hào)質(zhì)量也較無(wú)源晶振要好。
因價(jià)格等因素,實(shí)際應(yīng)用中多采用無(wú)源晶振設(shè)計(jì)的電路居多,除非電路設(shè)計(jì)時(shí)序極其敏感或芯片內(nèi)部無(wú)振蕩器的情況(如一些型號(hào)的DSP或精密儀器中)。
就是一個(gè)兩腳的無(wú)源晶振,11.0592MHZ振蕩頻率,匹配電容是兩個(gè)30P的瓷片電容。
每種芯片的手冊(cè)上都會(huì)提供外部晶振輸入的標(biāo)準(zhǔn)電路,會(huì)表明芯片的最高可使用頻率等參數(shù),在設(shè)計(jì)電路時(shí)要掌握。與計(jì)算機(jī)用CPU不同,單片機(jī)現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對(duì)較低,但對(duì)于一般控制電路來(lái)說(shuō)足夠了。
另外說(shuō)明一點(diǎn),可能有些初學(xué)者會(huì)對(duì)晶振的頻率感到奇怪,12M、24M之類(lèi)的晶振較好理解,選用如11.0592MHZ的晶振給人一種奇怪的感覺(jué),這個(gè)問(wèn)題解釋起來(lái)比較麻煩,如果初學(xué)者在練習(xí)串口編程的時(shí)候就會(huì)對(duì)此有所理解,這種晶振主要是可以方便和精確的設(shè)計(jì)串口或其它異步通訊時(shí)的波特率.
下面有兩組問(wèn)答大家可以參考一下
問(wèn):我發(fā)現(xiàn)在使用晶振時(shí)會(huì)和它并一個(gè)電阻,一般1M以上,我把它去掉,板子仍可正常工作,請(qǐng)問(wèn)這個(gè)電阻有什么用?可以不用嗎? 我有看到過(guò)不用的!不理解~
答: 這個(gè)電阻是反饋電阻,是為了保證反相器輸入端的工作點(diǎn)電壓在VDD/2,這樣在振蕩信號(hào)反饋在輸入端時(shí),能保證反相器工作在適當(dāng)?shù)墓ぷ鲄^(qū)。雖然你去掉該電 阻時(shí),振蕩電路仍工作了。但是如果從示波器看振蕩波形就會(huì)不一致了,而且可能會(huì)造成振蕩電路因工作點(diǎn)不合適而停振。所以千萬(wàn)不要省略此電阻。 這個(gè)電阻是為了使本來(lái)為邏輯反相器的器件工作在線性區(qū), 以獲得增益, 在飽和區(qū)是沒(méi)有增益的, 而沒(méi)有增益是無(wú)法振蕩的. 如果用芯片中的反相器來(lái)作振蕩, 必須外接這個(gè)電阻, 對(duì)于CMOS而言可以是1M以上, 對(duì)于TTL則比較復(fù)雜, 視不同類(lèi)型(S,LS...)而定. 如果是芯片指定的晶振引腳, 如在某些微處理器中, 常常可以不加, 因?yàn)樾酒瑑?nèi)部已經(jīng)制作了, 要仔細(xì)閱讀DATA SHEET的有關(guān)說(shuō)明.和晶振并聯(lián)的電阻作為負(fù)載,一般1M歐。也有和晶振串聯(lián)的電阻為諧振電阻。
晶振的參數(shù)里有配用的諧振電容值。比如說(shuō)32.768K的是12.5pF;4.096M的是20pF. 這個(gè)值和實(shí)際電路中晶振上接的兩個(gè)電容值是什么關(guān)系?像DST310S用的就是32.768K的晶振,它內(nèi)部的電容是6pF的
答: 你所說(shuō)的是晶振的負(fù)載電容值。指的是晶振交流電路中,參與振蕩的,與晶振串聯(lián)或并聯(lián)的電容值。晶振電路的頻率主要由晶振決定,但既然負(fù)載電容參與振蕩,必 然會(huì)對(duì)頻率起微調(diào)作用的。負(fù)載電容越小,振蕩電路頻率就會(huì)越高4.096MHz的負(fù)載電容為20pF,說(shuō)明晶振本身的諧振頻率<4.096MHz, 但如果讓20pF的電容參與振蕩,頻率就會(huì)升高為4.096MHz?;蛟S有人會(huì)問(wèn)為什么這么麻煩,不如將晶振直接做成4.096MHz而不用負(fù)載電容?不 是沒(méi)有這樣的晶振,但實(shí)際電路設(shè)計(jì)中有多種振蕩形式,為了振蕩反饋信號(hào)的相移等原因,也有為了頻率偏差便于調(diào)整等原因,大都電路中均有電容參與振蕩。為了 準(zhǔn)確掌握貼片晶振電路中該用多大的電容,只要把握晶體負(fù)載電容應(yīng)等于振蕩回路中的電容+雜散電容就可以了。你所說(shuō)的IC中6pF的電容就可看作雜散電容
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