Geyer石英振蕩器的使用

電子組件的開發(fā)人員經(jīng)常面臨的問題是，應(yīng)該使用石英振蕩器還是石英晶體。必須滿足各種邊界條件，如空間要求，頻率穩(wěn)定性，器件成本和開發(fā)成本。

模擬設(shè)計(jì)的小批量或缺乏容量-使用振蕩器！

使用石英晶體，開發(fā)人員原則上可以建立自己的振蕩器電路。那么，為什么振蕩器經(jīng)常被用作簡(jiǎn)單應(yīng)用中的時(shí)鐘呢？或者在微控制器已經(jīng)允許使用帶有內(nèi)部有源組件的石英的情況下？其原因不僅在于所需的頻率穩(wěn)定性。在整個(gè)溫度范圍內(nèi)定義的響應(yīng)行為和操作可靠性通常更為重要。對(duì)于石英，為了使電路與石英相匹配并確保安全運(yùn)行，需要付出一定的努力。在小批量的情況下，節(jié)省增加的開發(fā)工作和使用更昂貴的振蕩器而不是石英是更有利的。當(dāng)使用石英晶體振蕩器時(shí)，不需要調(diào)整石英所需的元件。這也節(jié)省了PCB上的空間。振蕩器可隨時(shí)獲得，例如尺寸為7.0x5.0mm或更小的SMD設(shè)計(jì)。有關(guān)如何連接外部振蕩器的信息，請(qǐng)參閱微控制器數(shù)據(jù)手冊(cè)。

只有在數(shù)量非常大的情況下，當(dāng)振蕩器還沒有存在于電路板上的IC內(nèi)部，并且空間足夠大時(shí)，使用單個(gè)元件和石英自建振蕩器在經(jīng)濟(jì)上是有意義的。

Geyer石英振蕩器的使用

大批量--石英是最好的選擇！

石英的使用在大批量的情況下具有成本優(yōu)勢(shì)。在大多數(shù)情況下，微控制器已經(jīng)包含一個(gè)有源元件，允許用一個(gè)石英和幾個(gè)無源元件配置振蕩器。IC制造商的用戶信息提供了一些電路的基本信息，但往往忽略了重要的細(xì)節(jié)，例如。允許的石英應(yīng)力或石英外圍設(shè)備的適當(dāng)尺寸。

從大約40MHz開始，通常使用泛音石英。這些都需要電路預(yù)防措施來防止基音上的振蕩。應(yīng)特別仔細(xì)地確定帶有泛音石英的電路的尺寸，并檢查其運(yùn)行行為。

這種配置是最常見的。圖2（上圖下一頁）顯示了左圖中的基本配置，它可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的石英晶體管代替逆變器來實(shí)現(xiàn)，以獲得180°的相移和增益。另外180°必須由一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)提供，該網(wǎng)絡(luò)由石英，兩個(gè)電容C1和C2以及一個(gè)電阻RV組成。因此，總的結(jié)果是360°，與適當(dāng)?shù)脑鲆嬉黄饾M足振動(dòng)條件。

對(duì)于微控制器，通常已經(jīng)包含了這種皮爾斯振蕩器電路的逆變器。

這使得將振蕩器而不是石英連接到OSC1并保持OSC2打開變得非常容易。

電阻RV可以，部分。作為逆變器的輸出阻抗和/或作為集成電阻已經(jīng)包含在微控制器中。這同樣適用于調(diào)節(jié)直流工作點(diǎn)的高阻抗RGK。不幸的是，半導(dǎo)體制造商對(duì)此幾乎沒有提供任何信息。

C1，石英，C2和RV構(gòu)成與頻率相關(guān)的反饋網(wǎng)絡(luò)。選擇C1，C2和Rv的方式應(yīng)使石英的總負(fù)載容量合適，同時(shí)不超過石英的最大允許負(fù)載。這可以特別調(diào)整與房車。許多處理器制造商已經(jīng)在逆變器輸出端集成了一個(gè)電阻，但是，如果數(shù)據(jù)手冊(cè)中沒有關(guān)于阻抗和電壓電平的信息，則建議放置一個(gè)（額外的）外部電阻。只有在了解逆變器輸出端參數(shù)的情況下，才能獲得最佳的相位和振蕩特性，并避免超過允許的石英負(fù)載。

將C1和C2設(shè)置為相同的大小（例如，分別設(shè)置為負(fù)載容量的兩倍）是沒有意義的。C2對(duì)頻率的影響比C1小得多，因?yàn)镃2與RV或RV一起工作。逆變器有效地將輸出阻抗轉(zhuǎn)換為更高的電容值。因此，不可能從電容C1和C2的簡(jiǎn)單串聯(lián)公式中確定與指定負(fù)載電容相對(duì)應(yīng)的值。最好從一開始就選擇至少大于2-3倍的C2，并將C1設(shè)置為等于或僅略大于規(guī)定的負(fù)載電容。由此產(chǎn)生的C2與C1的比值同時(shí)導(dǎo)致逆變器輸出端的低阻抗電平到高阻抗逆變器輸入的合理變換。

微控制理工的微控制機(jī)

如果微控制器的連接器配置為COLPITTS電路（圖3），則原理與皮爾斯石英晶體振蕩器相似：必須特別注意尺寸。

如有必要，這里甚至可以添加額外的組件，例如。與石英串聯(lián)的電容是必要的，以滿足石英負(fù)載電容。請(qǐng)與我們的開發(fā)部門聯(lián)系以確定。

Geyer石英振蕩器的使用

只有一個(gè)振蕩器連接器的微控制器

有時(shí)微控制器的數(shù)據(jù)手冊(cè)顯示石英與電容器串聯(lián)（圖4）。在這種情況下，石英的負(fù)載電容可以通過串聯(lián)電容C1的值來匹配。

應(yīng)始終檢查沖擊儲(chǔ)備

為了檢查電路中的石英是否安全振蕩，一個(gè)電阻被手工焊接到石英上。SMD電阻最適合這一目的。即使電阻值比石英的最大諧振電阻高一個(gè)預(yù)先設(shè)定的因子X，電路也必須振蕩。這可以在數(shù)據(jù)手冊(cè)中找到，并指定為ESRmax或R1max。在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，因子X應(yīng)至少為3，對(duì)于特定行業(yè)，更高的值X也是合適的。

圖5：通過手動(dòng)在石英的一個(gè)端子上焊接一個(gè)小體積貼片晶振電阻來檢查沖擊儲(chǔ)備。

如果數(shù)量較少，出于經(jīng)濟(jì)原因，建議使用振蕩器而不是石英。振蕩器連接簡(jiǎn)單，操作安全。對(duì)于較大的數(shù)量，微控制器上較便宜的石英通常用作時(shí)鐘。描述了如何選擇和測(cè)量所需的外部無源元件的過程。此外，還介紹了一種簡(jiǎn)單的測(cè)試方法來檢查沖擊儲(chǔ)備。