你必须知道的MCU外接晶体及振荡电路

2016-09-05 13:46:27来源: 世强
很多MCU开发者对MCU晶体两边要各接一个对地电容的做法表示不理解,因为这个电容有时可以去掉。笔 者参考了很多书籍,却发现书中讲解的很少,提到最多的往往是:对地电容具稳定作用或相当于负载电容等,都没有很深入地去进行理论分析。而另外一方面,很多 爱好者都直接忽略了晶体旁边的这两个电容,他们认为按参考设计做就行了。但事实上,这是MCU的振荡电路,又称“三点式电容振荡电路”,如图1所示。
 
图1:MCU的三点式电容振荡电路
 
其中,Y1是晶体,相当于三点式里面的电感;C1和C2是电容,而5404和R1则实现了一个NPN型三极管(大家可以对照高频书里的三点式电容振荡电路)。
 
接下来将为大家分析一下这个电路:首先,5404必需搭一个电阻,不然它将处于饱和截止区,而不是放大区,因为R1相当于三极管的偏置作用,能让5404处于放大区域并充当一个反相器,从而实现NPN三极管的作用,且NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。
 
其 次将用通俗的方法为大家讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理。众所周知,一个正弦振荡电路的振荡条件为:系统放大倍数大于1,这个条件较容易实现;但另 一方面,还需使相位满足360°。而问题就在于这个相位:由于5404是一个反相器,因此已实现了180°移相,那么就只需C1、C2和Y1再次实现 180°移相就可以了。恰好,当C1、C2和Y1形成谐振时,就能实现180移相;最简单的实现方式就是以地作为参考,谐振的时候,由于C1、C2中通过 的电流相同,而地则在C1、C2之间,所以恰好电压相反,从而实现180移相。
 
再则,当C1增大时,C2端的振幅增强;当C2降低时,振幅也增强。有时即使不焊接C1、C2也能起振,但这种现象不是由不焊接C1、C2的做法造成的,而是由芯片引脚的分布电容引起,因为C1、C2的电容值本来就不需要很大,这一点很重要。
 
那 么,这两个电容对振荡稳定性到底有什么影响呢?由于5404的电压反馈依靠C2,假设C2过大,反馈电压过低,这时振荡并不稳定;假设C2过小,反馈电压 过高,储存能量过少,则容易受外界干扰,还会辐射影响外界。而C1的作用与C2的则恰好相反。在布板的时候,假设为双面板且比较厚,那么分布电容的影响则 不是很大;但假设为高密度多层板时,就需要考虑分布电容,尤其是VCO之类的振荡电路,更应该考虑分布电容。
 
因此, 那些用于工控的项目,笔者建议最好不要使用晶体振荡,而是直接接一个有源的晶振。很多时候大家会采用32.768K的时钟晶体来做时钟,而不是通过单片机 的晶体分频来做时钟,其中原因想必很多人也不明白,其实上这是和晶体的稳定度有关:频率越高的晶体,Q值一般难以做高,频率稳定度也比较差;而 32.768K晶体在稳定度等各方面的性能表现都不错,还形成了一个工业标准,比较容易做高。另外值得一提的是,32.768K是16 bit数据的一半,预留最高1 bit进位标志,用作定时计数器内部数字计算处理也非常方便。
 

关键字:时钟晶体  振荡电路

编辑:王凯 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/article_2016090526778.html
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