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MCU外接晶體及振蕩電路

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2017-8-7

很多MCU開發者對MCU晶體(ti) 兩(liang) 邊要各接一個(ge) 對地電容的做法表示不理解,因為(wei) 這個(ge) 電容有時可以去掉。筆者參考了很多書(shu) 籍,卻發現書(shu) 中講解的很少,提到最多的往往是:對地電容具穩定作用或相當於(yu) 負載電容等,都沒有很深入地去進行理論分析。而另外一方麵,很多愛好者都直接忽略了晶體(ti) 旁邊的這兩(liang) 個(ge) 電容,他們(men) 認為(wei) 按參考設計做就行了。但事實上,這是MCU的振蕩電路,又稱“三點式電容振蕩電路”,如圖1所示。

  MCU的三點式電容振蕩電路

圖1:MCU的三點式電容振蕩電路
  其中,Y1是晶體(ti) ,相當於(yu) 三點式裏麵的電感;C1和C2是電容,而5404和R1則實現了一個(ge) NPN型三極管(大家可以對照高頻書(shu) 裏的三點式電容振蕩電路)。
  接下來將為(wei) 大家分析一下這個(ge) 電路:首先,5404必需搭一個(ge) 電阻,不然它將處於(yu) 飽和截止區,而不是放大區,因為(wei) R1相當於(yu) 三極管的偏置作用,能讓5404處於(yu) 放大區域並充當一個(ge) 反相器,從(cong) 而實現NPN三極管的作用,且NPN三極管在共發射極接法時也是一個(ge) 反相器。
  其次將用通俗的方法為(wei) 大家講解一下這個(ge) 三點式振蕩電路的工作原理。眾(zhong) 所周知,一個(ge) 正弦振蕩電路的振蕩條件為(wei) :係統放大倍數大於(yu) 1,這個(ge) 條件較容易實現;但另一方麵,還需使相位滿足360°。而問題就在於(yu) 這個(ge) 相位:由於(yu) 5404是一個(ge) 反相器,因此已實現了180°移相,那麽(me) 就隻需C1、C2和Y1再次實現180°移相就可以了。恰好,當C1、C2和Y1形成諧振時,就能實現180移相;最簡單的實現方式就是以地作為(wei) 參考,諧振的時候,由於(yu) C1、C2中通過 的電流相同,而地則在C1、C2之間,所以恰好電壓相反,從(cong) 而實現180移相。
  再則,當C1增大時,C2端的振幅增強;當C2降低時,振幅也增強。有時即使不焊接C1、C2也能起振,但這種現象不是由不焊接C1、C2的做法造成的,而是由芯片引腳的分布電容引起,因為(wei) C1、C2的電容值本來就不需要很大,這一點很重要。
  那麽(me) ,這兩(liang) 個(ge) 電容對振蕩穩定性到底有什麽(me) 影響呢?由於(yu) 5404的電壓反饋依靠C2,假設C2過大,反饋電壓過低,這時振蕩並不穩定;假設C2過小,反饋電壓過高,儲(chu) 存能量過少,則容易受外界幹擾,還會(hui) 輻射影響外界。而C1的作用與(yu) C2的則恰好相反。在布板的時候,假設為(wei) 雙麵板且比較厚,那麽(me) 分布電容的影響則不是很大;但假設為(wei) 高密度多層板時,就需要考慮分布電容,尤其是VCO之類的振蕩電路,更應該考慮分布電容。
  因此,那些用於(yu) 工控的項目,筆者建議最好不要使用晶體(ti) 振蕩,而是直接接一個(ge) 有源的晶振。很多時候大家會(hui) 采用32.768K的時鍾晶體(ti) 來做時鍾,而不是通過單片機 的晶體(ti) 分頻來做時鍾,其中原因想必很多人也不明白,其實上這是和晶體(ti) 的穩定度有關(guan) :頻率越高的晶體(ti) ,Q值一般難以做高,頻率穩定度也比較差;而32.768K晶體(ti) 在穩定度等各方麵的性能表現都不錯,還形成了一個(ge) 工業(ye) 標準,比較容易做高。另外值得一提的是,32.768K是16 bit數據的一半,預留最高1 bit進位標誌,用作定時計數器內(nei) 部數字計算處理也非常方便。

Tags:MCU外接晶,振蕩電路,晶振電路  
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