有源晶振電路及原理

時間：2020-01-05作者：深圳市康華電子有限公司瀏覽：2738

壓電石英水晶在經(jīng)過加工成元件之后，分為很多種元件，比如有石英晶體諧振器和到石英晶體振蕩器，諧振器和到振蕩器焊接方面又要所不同，石英晶體振蕩器也有分為很多種，比如普通的帶電壓的有源晶振,有VCXO壓控振蕩器，恒溫晶體，TCXO溫補晶振等系列，每款晶振型號眾多，而且每款晶振引腳焊接也有所不同，外部匹配和到IC，PCB都有多不同。我們來詳細介紹一下有源晶振的外部引腳識別和焊接，方便于大家了解好到解決實際問題。有個點標記的為1腳，按逆時針（管腳向下）分別為2、3、4。
有源晶振通常的用法：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單（主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可），不需要復(fù)雜的配置電路。（因為有源晶振內(nèi)部已經(jīng)有了一個簡單的IC電路）相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。有源晶振是壓電石英晶體晶片組成的,石英晶片之所以能當為振蕩器使用，是基于它的壓電效應(yīng)：在晶片的兩個較上加一電場，會使晶體產(chǎn)生機械變形；在石英晶片上加上交變電壓，晶體就會產(chǎn)生機械振動，同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電場，雖然這種交變電場的電壓較其微弱，但其振動頻率是十分穩(wěn)定的。當外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為“石英壓電諧振”。   石英 壓電諧振狀態(tài)的建立和維持都**借助于振蕩器電路才能實現(xiàn)。圖3是一個串聯(lián)型振蕩器，晶體管T1和T2構(gòu)成的兩級放大器，石英晶體XT與電容C2構(gòu)成LC電路。在這個電路中，石英晶振相當于一個電感，C2為可變電容器，調(diào)節(jié)其容量即可使電路進入諧振狀態(tài)。該振蕩器供電電壓為5V，輸出波形為方波。
 有源石英晶振和到無源晶振
     在電子學(xué)上，通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的石英晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準確；有源晶振有4只引腳，是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶振外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。

石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度可達10^-9/日，甚至10^-11。例如10MHz的振蕩器，頻率在一日之內(nèi)的變化一般不大于0.1Hz。因此，*可以將晶體振蕩器視為恒定的基準頻率源(石英表、電子表中都是利用石英晶體來做計時的基準頻率)。從PC誕生至現(xiàn)在，主板上一直都使用一顆14.318MHz的石英晶體振蕩器作為基準頻率源。
  
     主板上除了這顆14.318MHz的晶振，還能找到一顆頻率為32.768KHz時鐘晶體，簡稱為表晶，主要是給時鐘模塊推廣時鐘標準的，它被用于實時時鐘(RTC)電路中，顯示**的時間和日期。
方形有源晶振引腳分布：
1、正方的，使用DIP-8封裝，打點的是1腳。
   1-NC； 4-GND； 5-Output； 8-VCC
2、長方的，使用DIP-14封裝，打點的是1腳。
   1-NC； 7-GND； 8-Output； 14-VCC
 
BTW：
1、電源有兩種，一種是TTL，只能用5V，一種是HC的，可以3.3V/5V
2、邊沿有一個是尖角，三個圓角，尖角的是一腳，和打點一致。
 Vcc          out
 NC（點）    GND
有源晶振與無源晶振的區(qū)別
1,無源晶體——無源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器,在datasheet上有建議的連接方法.無源晶體沒有電壓的問題,信號電平是可變的,也就是說是根據(jù)起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP,而且價格通常也較低,因此對于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者.無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差,通常需要**匹配外圍電路(用于信號匹配的,電感,過濾信號即可),不需要復(fù)雜的配置電路.有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓.相對于無源晶體,有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高.
3,有源晶振相比于無源晶體通常體積較大,但現(xiàn)在許多有源晶振是表貼的,體積和晶 體相當,有的甚至比許多晶體還要小。
? 有源晶振與晶體的選用
o 1,需要倍頻的DSP需要配置好PLL周邊配置電路,主要是隔離和濾波;
2.000MHZ-20.000MHZ以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩(wěn)定度好,20.000MHz以上的大多是諧波的(如3次諧波,5次諧波等等),穩(wěn)定度差,因此強烈建議使用低頻的器件,畢竟倍頻用的PLL電路需要的周邊配置主要是電容,電阻,電感,其穩(wěn)定度和價格方面遠遠好于晶體晶振器件;
3,時鐘信號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印制線間距盡可能大,緊靠器件布局布線,必要時可以走內(nèi)層,以及用地線包圍;
4,通過背板從外部引入時鐘信號時有特殊的設(shè)計要求,需要詳細參考相關(guān)的資料.

                                                                                                    作者：晶振**

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