晶振為什麼要加電容

晶振一般叫做晶體諧振器,是一種機電器件,是用電損耗很小的石英晶體經精密切割磨削並鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個很重要的特性,如果給他通電,他就會產生機械振盪,反之,如果給他機械力,他又會產生電,這種特性叫機電效應。他們有一個很重要的特點,其振盪頻率與他們的形狀,材料,切割方向等密切相關。由於石英晶體化學性能非常穩定,熱膨脹係數非常小,其振盪頻率也非常穩定,由於控制幾何尺寸可以做到很精密,因此,其諧振頻率也很準確。

晶振是石英振盪器的簡稱,英文名為Crystal,它是時鐘電路中最重要的部件,它的作用是向顯卡、網卡、主板等配件的各部分提供基準頻率,它就像個標尺,工作頻率不穩定會造成相關設備工作頻率不穩定,自然容易出現問題。由於製造工藝不斷提高,現在晶振的頻率偏差、溫度穩定性、老化率、密封性等重要技術指標都很好,已不容易出現故障,但在選用時仍可留意一下晶振的質量。

晶振為什麼要加電容


晶體振盪器功能作用

晶振在應用具體起到的作用,微控制器的時鐘源可以分為兩類:基於機械諧振器件的時鐘源,如晶振、陶瓷諧振槽路;RC(電阻、電容)振盪器。一種是皮爾斯振盪器配置,適用於晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡單的分立RC振盪器。基於晶振與陶瓷諧振槽路的振盪器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度係數。RC振盪器能夠快速啟動,成本也比較低,但通常在整個溫度和工作電源電壓範圍內精度較差,會在標稱輸出頻率的5%至50%範圍內變化。但其性能受環境條件和電路元件選擇的影響。需認真對待振盪器電路的元件選擇和線路板佈局。在使用時,陶瓷諧振槽路和相應的負載電容必須根據特定的邏輯系列進行優化。具有高Q值的晶振對放大器的選擇並不敏感,但在過驅動時很容易產生頻率漂移(甚至可能損壞)。

影響振盪器工作的環境因素有:電磁干擾(EMI)、機械震動與衝擊、溼度和溫度。這些因素會增大輸出頻率的變化,增加不穩定性,並且在有些情況下,還會造成振盪器停振。上述大部分問題都可以通過使用振盪器模塊避免。這些模塊自帶振盪器、提供低阻方波輸出,並且能夠在一定條件下保證運行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成RC振盪器(硅振盪器)。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振盪器的精度要比分立RC振盪器高,多數情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當的精度。

選擇振盪器時還需要考慮功耗。分立振盪器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比,可以表示為功率耗散電容值。比如,HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時,相當於1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負載電容,整個電源電流為2.2mA。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負載電容,相應地也需要更多的電流。相比之下,晶振模塊一般需要電源電流為10mA ~60mA。硅振盪器的電源電流取決於其類型與功能,範圍可以從低頻(固定)器件的幾個微安到可編程器件的幾個毫安。一種低功率的硅振盪器,如MAX7375,工作在4MHz時只需不到2mA的電流。在特定的應用場合優化時鐘源需要綜合考慮以下一些因素:精度、成本、功耗以及環境需求。

晶振為什麼要加電容


晶體振盪器應用

1、通用晶體振盪器,用於各種電路中,產生振盪頻率。

2、時鐘脈衝用石英晶體諧振器,與其它元件配合產生標準脈衝信號,廣泛用於數字電路中。

3、微處理器用石英晶體諧振器。

4、CTVVTR用石英晶體諧振器。

5、鐘錶用石英晶體振盪器。

晶振為什麼要加電容


晶振為什麼要加電容

1、為了要滿足諧振的條件。 具體講就是:晶體元件的負載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。是指晶振要正常震盪所需要的電容。一般外接電容,是為了使晶振兩端的等效電容等於或接近負載電容。不是所有晶體振盪電路都需要匹配電容。是否需要由振盪電路的形式決定,分析時需採用晶體的等效模型。

2、接地:晶體旁邊的兩個電容接地, 實際上就是電容三點式電路的分壓電容, 接地點就是分壓點。 以接地點即分壓點為參考點, 振盪引腳的輸入和輸出是反相的, 但從並聯諧振迴路即石英晶體兩端來看, 形成一個正反饋以保證電路持續振盪

當然,你也可以這樣理解:

晶振的標稱值在測試時有一個“負載電容”的條件,在工作時滿足這個條件,振盪頻率才與標稱值一致,也就是說,只有連接合適的電容才能滿足晶振的起振要求,晶振才能正常工作。

晶振為什麼要加電容


晶振需要配多大電容

這要根據晶振的規格和電路中的因素來確定,同是16MHZ的晶體諧振器,其負載電容值有可能不一樣,如10PF,20PF負載電容值是在其生產加工過程中確定的,無法進行改變。購買晶振時應該能得到準確的規格書。

晶振在電路中使用時,應滿足CL=C+CS.

CL為規格書中晶振的負載電容值,C為電路中外接的電容值(一般由兩顆電容通過串並聯關係得到),CS為電路的分佈電容,這和電路的設計,元器件分佈等因素有關,值不確定,一般為3到5PF。

所以根據以上公式就可以大概推算出應該使用的電容值,而且這一電容值可以使晶振工作在其標稱頻率附近。

如:我用的430的單片機,8M晶振,配的是12pF的電容,其實容量的大小沒必要多準確,幾皮法到十幾皮法都可以的。

在日常的電路設計中,我們經常用到晶振,而在晶振的兩端我們經常看到有電容和電阻的身影,比如下方兩個圖。那麼這樣的電容和電阻究竟有何作用呢?它們的數值又是如何選取的呢?大家可以結合理論和實際項目給到自己的看法。

晶振為什麼要加電容

晶振為什麼要加電容


分享到:


相關文章: