硬件電路設計之晶體與晶振電路設計

1 簡介

晶體與晶振在電路設計中的應用十分廣泛，對于數字電路，一個穩定的時鐘信號，是系統穩定的前提。

2 晶振與晶體的區別

2.1 晶振與晶體的特性

晶振

晶振的全稱是 有源晶振(振蕩器 )，英文名稱 Oscillator 。其內部自帶諧振電路，通電后即可產生時鐘信號。

注意 ： 無源晶體，有源晶振。 這個說法不夠準確，但是能體現二者的差別。

晶體

晶體的英文名稱Crystal或者 XTAL 。晶體自身無法起振， 需要借助外部電路才能輸出時鐘信號 。

2.2 二者區別

3 無源晶振電路設計

匹配電容是什么

單片機外部的的晶振電路通常如上圖，其中 CL1和CL2為匹配電容 ，且 CL1和CL2的電容值通常相等。

配電電容計算過程

匹配電容的計算，通常按照下面的公式進行計算：

其中，各個參數意義見下表：

案例分析

此處以CX3225SA25000D0FPQCC為例，具體參數如下：

可見，負載電容為8pF,寄生電容取4pF,匹配電容為：

可見匹配電容的取值應在8pF左右。

電阻的選擇

晶振附近通常會并聯或者串聯上一個電阻，連接的方式不同，當然其功能也不同。

并聯電阻的功能

1.降低晶體的Q值;

2.抑制EMI,EMI不過時，可減小阻值;

3.提供直流工作點;

4.使門電路工作于線性區。

串聯電阻的功能

1.降低晶體的激勵功率，防止損壞;

2.限制振蕩幅度。

4 晶振電路設計

關鍵參數

頻率大小 。但 頻率越高，頻差越大 ，從綜合角度考慮，一般工程師會選用頻率低但穩定的晶振，自己做倍頻電路。

頻率穩定度 ：關鍵參數。 指在規定的工作溫度范圍內，與標稱頻率允許的偏差，用ppm(百萬分之一)表示。一般來說，穩定度越高或溫度范圍越寬，價格越高。

電源電壓 ：常用的有1.8V、2.5V、3.3V、5V等，其中 3.3V應用最廣 。

輸出電平標準 ：根據需要采用不同輸出。(HCMOS，SINE，TTL，PECL，LVPECL，LVDS，HSCL，PLL等)每種輸出類型都有它的獨特波形特性和用途 。

工作溫度范圍：工業級標準規定的-40～+85℃這個范圍往往只是出于設計者們的習慣，倘若-20℃～+70℃已經夠用，那么就不必去追求更寬的溫度范圍。