原创 皮尔斯振荡电路设计和晶振选型

2021-12-2 11:27 595 6 3 分类: 工业电子 文集: 晶振

皮尔斯电路是射极接地的并联振荡电路;皮尔斯振荡器Pierce Oscillator是晶体X1两端的引脚和单片机内部的放大器(Amp),再匹配电容C1和C2,以及电路Rf和Rd组成的。皮尔斯振荡器电路工作有效且稳定。

1. Rf内部反馈电阻

芯片Xin和Xout内部一般是施密特反相器,反相器不能驱动晶体振荡,需要并联一个电阻,即Rf。电阻完成输出信号反向180度反馈到输入端进行负反馈,构成负反馈放大电路(Amp)。如果没有加Rf,晶振电路也可能会起振,但存在不起振或者停振的隐患。 


2. CL负载电容

如果晶体两端的等效电容和标称负载电容存在差异,晶体输出的频率将会和标称工作频率产生偏差,叫做频偏。负载电容是石英晶体谐振器的必选参数之一。通过CL, 计算C1,C2匹配电容。


3. Rd外部限流电阻

Rd作用是限制晶振电路的驱动大小,防止晶体被过分驱动,导致晶体老化或者早期失效。Rd太小, 晶振会承担太多功耗;Rd太大, 电路起振条件不能满足, 晶振无法正常工作。

- 激励功率Drive Level

晶振的功耗必须小于规格书中限定的DL值,否则晶体会过度机械振动而非正常工作。ESR为等效串联电阻,Iqrms为流过晶振的电流均方根有效值。

- 增益裕量Gain Margin

振荡电路的放大能力,决定晶振是否能正常起振。计算gmcrit需要的ESR, F, C0, CL都可以从晶振的规格书中获得;反相器跨导gm可以从芯片规格书中获得。

晶振选型&外部器件匹配

第一步:

根据MCU规格书选择KOAN晶振,计算增益裕量gmargin:

  • 如果<5, 晶振可以正常起振

  • 如果>5, 需要重新挑选更低的ESR或者CL的晶振


第二步:

根据KOAN晶振规格书中的负载电容CL,计算外部电容C1,C2.


第三步:

计算激励功率DL: 

  • 如果小于DLcrystal,不需要使用外部电阻Rd。

  • 如果大于DLcrystal,需要加上Rd在计算gmargin确保数值大于5


作者: koan-xtal, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-3907541.html

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