談?wù)勜?fù)載電容27PF~33PF在晶體諧振器振蕩電路中起到的作用
Inv:芯片內(nèi)部反相器
RF:反饋電阻,一般集成在芯片內(nèi)部,也有的芯片內(nèi)部不集成RF
XTAL:無源晶振/石英晶體
CL1、CL2:外接電容,其作用是補(bǔ)償負(fù)載電容
CS:由于PCB布線、連接等產(chǎn)生的寄生電容
R Ext:外部限流電阻
XTAL是無源晶振,相當(dāng)于三點(diǎn)式里面的電感,CL1和CL2就是電容,Inv非門和R1實(shí)現(xiàn)一個(gè)NPN的三極管。若無源晶振負(fù)載CL=20PF,一般情況下,我們選擇電容CL1=CL2=27PF~33PF。 選錯(cuò)外接電容可能會造成無源晶振不起振、起振困難或工作不穩(wěn)定。Inv需要一個(gè)電阻,不然它處于飽和截止區(qū),而不是放大區(qū),RF相當(dāng)于三極管的偏置作用,讓Inv處于放大區(qū)域,那么Inv就是一個(gè)反相器,這個(gè)就實(shí)現(xiàn)了NPN三極管的作用,NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。
一個(gè)正弦振蕩電路要振蕩的最基本條件為:系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1。這個(gè)條件容易實(shí)現(xiàn),相位滿足360度,與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就會被放大。因?yàn)镮nv是反相器,即:實(shí)現(xiàn)了180°移相,那么就需要CL1,CL2和XTAL實(shí)現(xiàn)180°移相就可以。恰好,當(dāng)CL1,CL2,XTAL形成諧振時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)180移相。實(shí)質(zhì)上,我們可以把無源晶振XTAL看作是一個(gè)電感來理解。
當(dāng)CL1增大時(shí),CL2端的振幅增強(qiáng),當(dāng)CL2降低時(shí),振幅也增強(qiáng)。有時(shí),在沒有電容CL1和電容C2L的情況之下,無源晶振也能起振,但這并不能說明沒有電容CL1和電容CL2,而是因?yàn)樾酒_的分布電容引起。電容CL1和電容CL2本來就不需要很大容值,清楚這一點(diǎn)非常重要。
兩個(gè)電容對晶振振蕩電路穩(wěn)定性的影響
因?yàn)镮nv的電壓反饋是靠電容CL2,假設(shè)電容CL2過大,反饋電壓過低,可能會造成晶振振蕩不穩(wěn)定;假設(shè)CL2過小,反饋電壓過高,儲存能量過少,晶振則容易遭受外界干擾,也會輻射影響到外界電路中去。電容CL1的作用與電容CL2恰好相反。
在我們電路板布線時(shí),假設(shè)為單層板或雙面板,來自分布電容(雜散電容CS)的影響可能不會很大。但是,假設(shè)在高密度多層板布線時(shí),就需要考慮分布電容。
針對用于工控項(xiàng)目電路板,建議不要選擇無源晶振來提供時(shí)鐘信號,而是直接采用有源晶振方案。道理很簡單,我們需要為無源晶振搭建滿足其起振的條件,若條件不被滿足時(shí),就容易發(fā)生無源晶振不起振或工作不穩(wěn)定等問題。而工控項(xiàng)目對設(shè)備穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求,因此直接選用有源晶振。有源晶振之所以穩(wěn)定,就是因?yàn)樗膬?nèi)部已經(jīng)搭建好了一個(gè)含IC在內(nèi)的振蕩電路.
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