有源晶振與無源晶振的原理結構及用法

2021-03-04 03:08:51 字數 3397 閱讀 7325

有源晶振與無源晶振的使用說明

目錄一.有源晶振與無源晶振的比較 (1)

二.有源晶振的管腳 (2)

三.有源晶振內部結構 (3)

四.有源晶振的輸出波形 (5)

五.有源晶振的典型電路 (5)

一.有源晶振與無源晶振的比較

無源晶振:就是乙個晶體,本身不能振盪,依靠配合其他ic內部振盪電路工作。

有源晶振:晶體+振盪電路,封裝在一起。給他供上電源,就有波形輸出。。。

1、無源晶體——無源晶體需要用dsp片內的振盪器,在datasheet上有建議的連線方法。無源晶體沒有電壓的問題,訊號電平是可變的,也就是說是根據起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用於多種電壓,可用於多種不同時鐘訊號電壓要求的dsp,而且**通常也較低,因此對於一般的應用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合於產品線豐富批量大的生產者。無源晶體相對於晶振而言其缺陷是訊號質量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用於訊號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。

建議採用精度較高的石英晶體,盡可能不要採用精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要dsp的內部振盪器,訊號***,比較穩定,而且連線方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用乙個電容和電感構成的pi型濾波網路,輸出端用乙個小阻值的電阻過濾訊號即可),不需要複雜的配置電路。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。

相對於無源晶體,有源晶振的缺陷是其訊號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且**高。對於時序要求敏感的應用,個人認為還是有源的晶振好,因為可以選用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補償晶振。有些dsp內部沒有起振電路,只能使用有源的晶振,如ti的6000系列等。

有源晶振相比於無源晶體通常體積較大,但現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。

幾點注意事項:

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、20mhz以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩定度好,20mhz以上的大多是諧波的(如3次諧波、5次諧波等等),穩定度差,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,其穩定度和**方面遠遠好於晶體晶振器件;

3、時鐘訊號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印製線間距盡可能大,緊靠器件布局佈線,必要時可以走內層,以及用地線包圍;

4、通過背板從外部引入時鐘訊號時有特殊的設計要求,需要詳細參考相關的資料。

此外還要做一些說明:

總體來說晶振的穩定度等方面好於晶體,尤其是精密測量等領域,絕大多數用的都是高檔的晶振,這樣就可以把各種補償技術整合在一起,減少了設計的複雜性。試想,如果採用晶體,然後自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償,那樣的話設計的複雜性將是什麼樣的呢?我們這裡設計射頻電路等對時鐘要求高的場合,就是採用高精度溫補晶振的,工業級的要好幾百元乙個。

特殊領域的應用如果找不到合適的晶振,也就是說設計的複雜性超出了市場上成品晶振水平,就必須自己設計了,這種情況下就要選用晶體了,不過這些晶體肯定不是市場上的普通晶體,而是特殊的高階晶體,如紅寶石晶體等等。

更高要求的領域情況更特殊,我們這裡在高精度測試時採用的時鐘甚至是原子鐘、銣鐘等裝置提供的,通過專用的射頻接外掛程式連線,是個大型裝置,相當笨重... ...

1. 有源晶振與無源晶振的區別

無源晶振為crystal(晶體)無源晶振是有2個引腳的無極性元件,需要借助於時鐘電路才能產生振盪訊號,自身無法振盪起來;

有源晶振則叫做oscillator(振盪器)。有源晶振有4只引腳,是乙個完整的振盪器,其中除了石英晶體外,還有電晶體和阻容元件,因此體積較大。

2. 無源晶振和有源晶振的優缺點

無源晶體相對於晶振而言其缺陷是訊號質量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用於訊號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。建議採用精度較高的石英晶體,盡可能不要採用精度低的陶瓷警惕。

相對於無源晶體,有源晶振的缺陷是其訊號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且**高。對於時序要求敏感的應用,個人認為還是有源的晶振好,因為可以選用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補償晶振。

二.有源晶振的管腳

無源晶振兩個管腳可以任意。

有源晶振根據封裝不同,管教排列不同(打點的為「1腳」,逆時鐘看)

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。

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、邊沿有乙個是尖角,三個圓角,尖角的是一腳,和打點一致。

vccout

nc(點)gnd

三.有源晶振內部結構

可以看到有源晶振= 普通晶振+邏輯電路

四.有源晶振的輸出波形

無源晶振輸出正弦波。

有源晶振輸出正弦波或方波。

如果有源晶振把整形電路做在有源晶振裡面了的話,輸出就是方波,但很多時候在示波器上看到的還是波形不太好的正弦波,這是由於示波器的頻寬不夠,好像有源晶振20mhz,如果用40mhz或60mhz的示波器測量,顯示的是正弦波,這是由於方波的傅利葉分解為基頻和奇次諧波的疊加,頻寬不夠的話,就只剩下基頻20mhz和60mhz的諧波,所以顯示正弦波。完美的再現方波需要至少10倍的頻寬,5倍的頻寬只能算是勉強,所以需要至少100m 的示波器。

五.有源晶振的典型電路

如上圖,為有源晶振emc標準設計電路,如果對emc要求不高,可以去掉l1,及c1. 只保留電源輸入端的去耦電容,取0.1uf即可,輸出端保留輸出電阻,約10到27歐姆.

說明:1.電源端磁珠l1與電容c2,c3構成lc濾波電路.

2.關於輸出端串聯的電阻的作用.

串電阻是為了減小反射波,避免反射波疊加引起過衝。有時,不同批次的板子特性不一樣,留個電阻位置便於調整板子狀態到最佳。如無必要串電阻,就用0歐電阻連線。具體作用如下:

1可以減少諧波,有源晶體輸出的是方波,這將引起諧波干擾,尤其是阻抗嚴重不匹配的情況下,加上電阻後,該電阻將與輸入電容構成rc積分平滑電路,將方波轉換為近似正弦波,雖然訊號的完整性受到一定影響,但由於該訊號還要經過后級放大、整形後才作為時鐘訊號,因此,效能並不受影響,該電阻的大小需要根據輸入端的阻抗、輸入等效電容,有源晶體的輸出阻抗等因素選擇。

2,可以進行阻抗匹配,減小回波干擾及導致的訊號過衝。我們知道,只要阻抗不匹配,都會產生訊號反射,即回波,有源晶體的輸出阻抗通常都很低,一般在幾百歐以下,而訊號源的輸入端在晶元內部結構上通常是運放的輸入端,由晶元的內部電路與外部的無源石英晶體構成諧振電路(使用有源晶體後就不需要這個晶體了),這個運放的輸出阻抗都在兆歐以上。

一般這個輸出電阻可以串27歐姆左右.

有源晶振與無源晶振的區別

英文名稱 crystal 無源晶體 oscillator 有源晶體 基本原理 石英晶元之所以能當為振盪器使用,是基於它的壓電效應 在晶元的兩個極上加一電場,會使晶體產生機械變形 在石英晶元上加上交變電壓,晶體就會產生機械振動,同時機械變形振動又會產生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動...

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