晶體振蕩器在電子設計中可以說(shuō)是無(wú)處不在，并且在扮演著(zhù)非常重要的角色，晶振對電路板的角色好比心臟于人，其重要性不言而喻。MCU無(wú)源晶振電路設計指南主要涉及到如何選擇合適的無(wú)源晶振電路以及如何設計穩定的振蕩電路。無(wú)源晶振電路是MCU中常用的一種時(shí)鐘源，它能夠提供穩定的時(shí)鐘信號以供MCU正常工作。設計指南通常包括選擇合適的晶振頻率、匹配合適的負載電容、布線(xiàn)和接地等方面的建議。
1-無(wú)源晶振起振原理無(wú)源晶振需要在諧振電路里才能工作，如單片機，其引腳內部已配套諧振電路，接上無(wú)源晶振、匹配好外接電容，上電提供額定激勵功率就可以。晶振具有壓電效應，在石英芯片上加電場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生機械形變，再加交變電場(chǎng)后，芯片會(huì )產(chǎn)生機械振蕩，之間的機械能與電能會(huì )相互轉換，主要是通過(guò)單片機內部的電激勵來(lái)產(chǎn)生固定頻率的機械振動(dòng)，振動(dòng)又會(huì )產(chǎn)生電流反饋給電路，電路接到反饋后進(jìn)行信號放大，再次用放大的電信號來(lái)激勵晶振機械振動(dòng)，晶振再將振動(dòng)產(chǎn)生的電流反饋給電路。
當電路中激勵電信號和晶振的標稱(chēng)頻率相同時(shí)，晶振的振幅就會(huì )突然增加，此時(shí)會(huì )輸出信號強大，頻率穩定的正弦波，整形電路再將正弦波變成方波送到數字電路中供其使用，無(wú)源晶振的輸出能力有限，輸出為mW級別的能量，在集成電路內部，往往需要放大數百倍才能使用。晶振與芯片間的連線(xiàn)如同接收天線(xiàn)，走線(xiàn)越長(cháng)，接收的信號就越強，產(chǎn)生的電能量也越強，當接收到電信號強度超過(guò)或接近晶振產(chǎn)生的信號強度時(shí)，芯片內部放大電路輸出的將不再是固定頻率的方波了，而是毫無(wú)規律的雜訊信號，無(wú)法使用。2-選擇指南：第一步：增益裕量(Gainmargin)計算選擇一個(gè)晶振(參考MCU的數據手冊確定晶振的頻率)。計算晶振的增益裕量(Gainmargin)并檢查其是否大于5。如果Gainmargin <5，說(shuō)明這不是一個(gè)合適的晶振，應當再挑選一個(gè)低ESR值和/或低CL值的晶振，重新第一步。如果Gainmargin >5，進(jìn)行第二步。第二步：外部負載電容的計算計算CL1和CL2的值，并檢查標定為該計算值的電容是否能在市場(chǎng)上獲得。如果能找到容值為計算值的電容，則晶振可以在期望的頻率正常起振。然后轉到第三步。如果找不到容值為計算值的電容：該應用對頻率要求很高，你可使用一個(gè)可變電容并將其調整到計算值，然后轉到第三步。如果對頻率的要求不是特別苛刻，選擇市場(chǎng)上能獲得的電容中容值距計算值最近的電容，然后轉到第三步。第三步：驅動(dòng)級別及外部電阻的計算計算驅動(dòng)級別DL（Drive Level）并檢查其是否大于DLcrystal：如果 DL < DLcrystal，沒(méi)必要使用外部電阻，祝賀你，你找到了合適的晶振。如果 DL > DLcrystal，你應該計算 RExt （External Resistance，外部電阻）使其確保 DL< DLcrystal 并據此重新計算 Gainmargin。如果 Gainmargin> 5，祝賀你，你找到了合適的晶振。如果 Gainmargin< 5，你別無(wú)選擇，再重新挑選另外一個(gè)晶振吧。然后重新回到第一步。注意：
僅當晶振上的功耗超過(guò)晶振制造商給定的值， REXT才是必需的。否則， REXT的值應當是0。3-晶振的測試和測量晶振的測量需要常用的測量?jì)x器有兩種：示波器和頻率儀。若通過(guò)示波器看到看到晶振的正弦波波形或頻率儀顯示正確頻率數字，就說(shuō)明晶振已正常起振。一般情況下，晶振損壞的可能性極小。
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