晶振作为。时钟。电路中必不可少的。信号。传递者，单片机。要想正常运作就需求晶振存在。因而，在。电子。电路规划。中也少不了晶振的参加。一个好的晶振电路规划，是能够为电子供给最好的空间运用率，一起发挥最大的功能性作用。

振动原理。

振动器。是一个没有输入信号的带选频网络的正反应。扩大器。。从能量的视点来说，正弦波振动器是经过自激方法把直流电能转换为特定频率和起伏的正弦交变能量的电路。关于任何一个带有反应的扩大电路，都能够画成下图所示结构：

▲图1 振动器。

当增益满意∣f∣×∣a∣≥1，且相位条件满意α+β=2πn时，构成正反应环路，起振条件得以满意。上图即构成一个振动器。

晶振原理。

当在晶体两头加上必定的交变电场，晶片就会发生。机械。形变，石英晶体振动器是运用石英晶体的压电效应制的一种。谐振器。件，若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会发生机械变形。一起这个机械形变又会发生相应的交变电压，而且其特征频率下的振幅比其他频率点的振幅大得多。依据这个特色，为了得到低的起振电压和短的起振时刻，在晶体两头施加的交变电压的频谱能量应首要会集在晶体的特征频率邻近。

▲图2 晶振等效电路。

在一般状况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅十分细小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅显着加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振。石英晶体振动器的等效电路如图2所示。当用石英晶体组成并联谐振电路时，晶体表现为理性，其等效品质因数Q值很高。等效阻抗频率特性如图3所示。

▲图3 晶振等效阻抗。

图3中，Fr为串联谐振点。在频率为Fr = 1/(2π√LC)时，图2中串联的L、C谐振，串联支路等效为一个纯。电阻。。Fa为并联谐振点，此刻串联支路等效为电感，与并联的C0谐振，Fa= Fr√1+C/C0。此刻等效阻抗趋于无穷大。一般这两个频率点之间的差值很小。

总的来说，能够以为晶振在串联谐振时表现为电阻，在并联谐振时表现为电感。这儿主张规划时选用并联谐振。

电工学。上这个。网络。有两个谐振点，以频率的高低分其间较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。

皮尔斯振动器。

倒相器作为扩大器，一起供给180度的相移。而晶振及负阻。电容。作为反应回路，供给剩余的180度相移。RF。为反应电阻，用来决议倒相器的直流作业点，使之作业在高增益区(线性区)。这个电阻值不能太小，否则会导致环路无法振动。该电路运用晶振的并联谐振，由于并联谐振与C0有关，会受寄生电容影响，因而添加负载电容C1、C2，可减小C0对谐振频率的影响。一起C1、C2的加入会影响起振时刻和振动频率的准确度。负载电容的挑选，应依据晶振供货商供给的datasheet的数值挑选。在答应规模内，负载电容值越低越好。容值偏大虽有利于振动器的安稳，但将会添加起振时刻。

▲图4 皮尔斯振动器电路。

Rs。用于按捺高次谐波，然后使振动器取得较为纯洁的频谱。Rs的值若太小的话，可能会导致晶振的过火驱动(overdrive)，导致晶振损坏或寿数减短。一般取Rs=XC2。Rs的影响能够由下图看出。

▲图5 Rs的影响（来自参阅。材料。）。

电路规划。

如图6，PM0和NM0构成倒相器，与片外电路一起组成振动环路。PM7~PM9和NM7~NM9组成施密特触发器，对波形进行整形和扩大。输出信号再经过两级倒相器，以进步输出级驱动才能。

▲图6 xtal。电路原理。图。

仿真。成果演示。

Rs小的时分，在相同的鼓励电压下，波形起伏比Rs大的状况小许多，导致XC输出为一根直线。

▲XOUT。

▲图7 XOUT和XC的波形图。

晶振规划注意事项。

在低功耗规划中晶体的挑选十分重要，特别带有睡觉唤醒的体系，往往运用低电压以求低功耗。由于低。供电。电压使供给给晶体的鼓励功率削减，形成晶体起振很慢或底子就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别显着，上电时电路有满足的扰动，很简单树立振动。在睡觉唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不简单。在振动回路中，晶体既不能过鼓励(简单振到高次谐波上)也不能欠鼓励(不简单起振)。

晶体的挑选应考虑以下几个要素：谐振频点、负载电容、鼓励功率、温度特性、长时刻安稳性。换句话说，晶振可靠性作业不只遭到负载电容的影响。关于负载电容的挑选，应依据晶振供货商供给的datasheet的数值挑选。在答应规模内，负载电容值越低越好。容值偏大虽有利于振动器的安稳，但将会添加起振时刻。有的晶振。引荐。电路乃至需求串联电阻RS，它一般用来来避免晶振被过火驱动。过火驱动晶振会逐渐损耗削减晶振的触摸电镀，这将引起频率的上升，形成频率偏移，加快老化。

规划经验总结。

01首要要挑选一个低的等效串联电阻的晶体。晶体串联电阻低有利于处理起振的问题。由于低的晶体等效阻值有利于添加环路增益。

02经过缩短印制电路板的连线距离来减低寄身电容。然后能够协助处理起振问题和晶振频率安稳度的问题。

03应该坚持对晶振使用温度和电压规模坚持监控，然后坚持晶体起振频率有必要的话要调整电容电阻的值。

04想要得到最佳作用，晶振规划应该选用Vdd峰峰值的至少40%作为驱动时钟反相器的输入信号。只是调理晶振两头是不能到达这一要求的。咱们也能够参阅晶振制造商的运用说明来取得关于晶振规划进一步的协助。

05关于引荐最优化的R1的阻值能够这样得到，首要核算电容C1，C2的值，然后在R1的方位上设置一个电位计，将电位计的初始值设置为XC1。这样能够经过调理电位计来确保在所需求的频率下起振以及保持晶体稳态振动。

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