你必須知道的MCU外接晶體及振蕩電路

　　很多MCU開(kāi)發(fā)者對MCU晶體兩邊要各接一個(gè)對地電容的做法表示不理解，因為這個(gè)電容有時(shí)可以去掉。筆 者參考了很多書(shū)籍，卻發(fā)現書(shū)中講解的很少，提到最多的往往是：對地電容具穩定作用或相當于負載電容等，都沒(méi)有很深入地去進(jìn)行理論分析。而另外一方面，很多 愛(ài)好者都直接忽略了晶體旁邊的這兩個(gè)電容，他們認為按參考設計做就行了。但事實(shí)上，這是MCU的振蕩電路，又稱(chēng)“三點(diǎn)式電容振蕩電路”，如圖1所示。

　　圖1：MCU的三點(diǎn)式電容振蕩電路

　　其中，Y1是晶體，相當于三點(diǎn)式里面的電感;C1和C2是電容，而5404和R1則實(shí)現了一個(gè)NPN型三極管(大家可以對照高頻書(shū)里的三點(diǎn)式電容振蕩電路)。

　　接下來(lái)將為大家分析一下這個(gè)電路：首先，5404必需搭一個(gè)電阻，不然它將處于飽和截止區，而不是放大區，因為R1相當于三極管的偏置作用，能讓5404處于放大區域并充當一個(gè)反相器，從而實(shí)現NPN三極管的作用，且NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。

　　其 次將用通俗的方法為大家講解一下這個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路的工作原理。眾所周知，一個(gè)正弦振蕩電路的振蕩條件為：系統放大倍數大于1，這個(gè)條件較容易實(shí)現;但另 一方面，還需使相位滿(mǎn)足360°。而問(wèn)題就在于這個(gè)相位：由于5404是一個(gè)反相器，因此已實(shí)現了180°移相，那么就只需C1、C2和Y1再次實(shí)現 180°移相就可以了。恰好，當C1、C2和Y1形成諧振時(shí)，就能實(shí)現180移相;最簡(jiǎn)單的實(shí)現方式就是以地作為參考，諧振的時(shí)候，由于C1、C2中通過(guò) 的電流相同，而地則在C1、C2之間，所以恰好電壓相反，從而實(shí)現180移相。

　　再則，當C1增大時(shí)，C2端的振幅增強;當C2降低時(shí)，振幅也增強。有時(shí)即使不焊接C1、C2也能起振，但這種現象不是由不焊接C1、C2的做法造成的，而是由芯片引腳的分布電容引起，因為C1、C2的電容值本來(lái)就不需要很大，這一點(diǎn)很重要。

　　那 么，這兩個(gè)電容對振蕩穩定性到底有什么影響呢?由于5404的電壓反饋依靠C2，假設C2過(guò)大，反饋電壓過(guò)低，這時(shí)振蕩并不穩定;假設C2過(guò)小，反饋電壓 過(guò)高，儲存能量過(guò)少，則容易受外界干擾，還會(huì )輻射影響外界。而C1的作用與C2的則恰好相反。在布板的時(shí)候，假設為雙面板且比較厚，那么分布電容的影響則 不是很大;但假設為高密度多層板時(shí)，就需要考慮分布電容，尤其是VCO之類(lèi)的振蕩電路，更應該考慮分布電容。

　　因此， 那些用于工控的項目，筆者建議最好不要使用晶體振蕩，而是直接接一個(gè)有源的晶振。很多時(shí)候大家會(huì )采用32.768K的時(shí)鐘晶體來(lái)做時(shí)鐘，而不是通過(guò)單片機 的晶體分頻來(lái)做時(shí)鐘，其中原因想必很多人也不明白，其實(shí)上這是和晶體的穩定度有關(guān)：頻率越高的晶體，Q值一般難以做高，頻率穩定度也比較差;而 32.768K晶體在穩定度等各方面的性能表現都不錯，還形成了一個(gè)工業(yè)標準，比較容易做高。另外值得一提的是，32.768K是16 bit數據的一半，預留最高1 bit進(jìn)位標志，用作定時(shí)計數器內部數字計算處理也非常方便。