晶振可以分為普通晶振、溫補晶振、壓控晶振、恒溫晶振、差分晶振。
普通晶振通常用作微處理器的時鐘器件,主要應用于那些穩定度要求不要的設備中,例如電視機、微波爐。
?溫補晶振,在晶振內部采取了對晶體頻率、溫度特性進行補償,已達到在寬溫溫度范圍內,滿足穩定度要求的晶體振蕩器,在得到補償后頻率精度更高,有良好的開機特性。
壓控晶振,是一種可通過調整外加電壓使晶振出頻率隨之改變的晶體振蕩器,主要用于所向環路或頻率微調。具有傳輸性能好、抗干擾性強、節省功率等優點,常用于通訊設備。
恒溫晶振,是利用恒溫槽使晶體振蕩器中石英晶體諧振器的溫度保持恒定。將由周圍溫度變化引起的振蕩器輸出頻率變化量削減到最小的晶體振蕩器,通常被應用在控制設備里。
?差分晶振,差分晶體振蕩器目前行業中公認高技術,高要求晶體振蕩器,它輸出差分信號使用2種相位彼此完全相反的信號,從而消除共模噪聲,產生一個更高性能的系統。
?上面說完幾種晶振以及它們的區別,那么我們在設計晶振電路的時候,晶振旁邊的兩個電容起到一個什么作用呢?
絕大多數的硬件愛好者對MCU晶體兩邊都要接一個22pF的電容不理解,因為這個電容有些時候是可以不要的,如果你去探索的話,你會發現提到最多的是起穩定作用,負載電容之類的說法,分析并不是很深入。其實MCU的振蕩電路真名叫做皮爾斯振蕩器電路,也稱“三點式電容振蕩電路”。
看上圖的左右兩個電路,Y1相當于三點式里面的電感L,C1和C2是電容,5404和R1實現一個NPN的三極管,相當于右邊電路的那個三極管。
下面就分析一下上面的左邊這個電路,5404必須要一個電阻,不然它處于飽和截止區而不是放大區,R1相當于三極管的偏置作用,讓5404處于放大區域,那么5404就是一個反相器,這樣就實現了NPN三極管的作用,NPN三極管在共發射極接法時也是一個反相器。
大家知道一個正弦振蕩電路要振蕩的條件是系統放大倍數大于1,這個比較容易實現,相位滿足360°,接下來主要說明一下這個相位問題。5404是反相器,也就是說實現了180°移相,那么就需要C1,C2和Y1實現180°移相就可以。恰好,當C1,C2和Y1形成諧振時,能夠實現180°移相。
諧振的時候,C1和C2上通過的電流一樣,地在C1和C2之間,所以恰好電壓相反,實現180°移相。當C1增大時,C2端的振幅增強;當C2降低時,振幅也增強。有些時候,C1、C2不焊也能起振,這不是說沒有C1、C2,而是因為芯片引腳的分布電容引起的,因為本來這個C1、C2就不需要很大,所以這一點很重要。
接下來分析這兩個電容對振蕩穩定性的影響。因為5404的電壓反饋是靠C2的,假設C2過大,反饋電壓過低,這個也是不穩定的;假設C2過小,反饋電壓過高,儲存能量過少,容易受外界干擾,也會輻射影響外界。C1的作用對C2恰好相反,因為我們布板的時候,假設雙面板,比較厚的,那么分布電容的影響不是很大,假設在高密度多層板時,就需要考慮分布電容,尤其是VCO之類的振蕩電路,更應該考慮分布電容。有些用于工控的項目建議不要用晶體的方法振蕩,而是直接接一個有源的晶振。很多時候大家用的是32.768K的時鐘晶振來做時鐘,而不是用單片機的晶體分頻后來做時鐘,這個原因就是和晶體的穩定度有關,頻率越高的晶體,Q值一般難以做高,頻率穩定度不高,32.768K的晶體穩定度等各方面都不錯,形成了一個工業標準,比較容易做高。
?