晶體振盪電路的應用

2022-03-23 12:42:11 字數 993 閱讀 5011

幾乎所有的數字時間電路都用到了晶體,以下簡述晶體工作原理和應用注意事項。

在晶元如何產生時鐘?pin定義有xtal_in和xtal_out,其實內部可以等效成乙個反相器分析。把反相器進一步等效,可以轉化成模擬電路中的振盪三點式。

起振條件和平衡可以參考大學的模擬電子教材。至於起振後的幅度,我找了比較多的書籍都沒有詳細分析,都是一筆帶過或者略。

對於晶體選型,一般考慮「負載電容」、「工作溫度範圍」和「頻率精度」。在工藝上,頻率越高的晶體,封裝越小。在工業級別的應用,還應該考慮「老化度」。

上圖負載電容cl =  c1//c2 + cin。cin為晶元內部容值和pcb走線,應該參考晶元規格書估算cin確認c1和c2,一般情況c1=c2。

在layout中,晶體應該注意避免擺放在溫度變化較大的位置,避免頻偏,同時遠離干擾源。在4pin封裝中,最好把外殼角接地,防止emi問題。

以下實測乙個soc的晶體波形。

xtal_in的波形如下圖:

xtal_out的波形如下圖:

可以看出xtal_in的波形幅度較小,不失真。xtal_out的波形幅度較大,失真。

原因是反相器/電晶體是非線性器件放大產生失真,xtal_in經過晶體和電容反饋選頻後得到乙個不失真的波形。

假設電路a需要用到晶體諧振的頻率時,可以把xtal_in/xtal_out作為電路a的時鐘輸入。

1:當電路a的時鐘pin輸入阻抗較大,可以直接接xtal_in輸出給a,但保守做法是在xtal_in上加緩衝器;

2:當電路a的時鐘不要求嚴格的正弦波時,可以直接接xtal_out輸出給a。

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