鉴于您想要的频率,您如何了解用于微控制器的外部振荡器?什么是水晶之间的区别是什么(https://www.digikey.com/en/products/detail/suntsu-electronics-inc/SXTHM212AA164-16-000MT/12264644)和振荡器(https://www.digikey.com/en/products/detail/suntsu-electronics-inc/SXO53C3A161-16-000M/12163949)?为什么振荡器需要电源电压?我所看到的大多数电路都使用直晶体也有一些连接到它们的电容器,这些电容器是什么,你是如何选择它们的值?
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\ \ begingroup \美元 对于那些了解如何使用它时,他们需要准确性,晶体振荡器是便宜的,将会更准确,如果你欣赏ppm \ $ \ end group \ $- - - - - -托尼·斯图尔特EE75 5月10日1:07
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\ \ begingroup \美元 你阅读电子特性int他的数据表最小和最大振荡器或晶体频率MCU将接受(不总是相同的两者),并阅读PLL设置是在手册。 \ $ \ end group \ $- - - - - -DKNguyen 5月10日1:09
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\ \ begingroup \美元 如果你读了这两个部分的数据表,还有你的微控制器,你就知道答案了。我所见过的每一个微控制器数据表都解释了这种差异,并在手册中提供了推荐的电路和电容值。 \ $ \ end group \ $- - - - - -TomServo 5月10日在20:41
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\ \ begingroup \美元 @TomServo我找不到那个信息,你呢?ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/..。 \ $ \ end group \ $- - - - - -kefffin 5月10日23:12
水晶
晶体只不过是压电晶体材料的共振片,粘合到销钉,使得它具有共振电性能。它是一个无法振荡的无源设备 - 它没有输入或输出引脚。它只是石英或其他材料的被动斑,具有特定的阻抗曲线,其在特定频率上看起来谐振。
它与微控制器上的有源电路相结合,在晶体的共振频率上提供一些激励增益,最终产生振荡。微控制器的电源为振荡机构提供能量,通过给有源电路供电来提供增益。
晶体和增益元件组合的一个例子是皮尔斯振荡器微控制器提供MOS逆变器的拓扑(例如,在XTAL1 / XTAL2引脚之间提供),电容器+晶体由板设计器提供并连接到芯片销。
一种估计这种拓扑所需电容的方法是将系统划分为晶体(模型为有损RLC电路)和放大器本身。芯片上的电容器和增益元件(例如MOSFET)一起产生一个呈现负极的放大器小信号AC的阻抗,必须与晶体平行连接。1
通过执行交流电路分析,电容器的必要值可以与增益元件的性能和晶体的损耗有关。在刺穿振荡器的情况下,对于给定的晶体管性能,两个电容器存在最小值。运行太靠近最小,电路可能不会振荡(完全或根据温度和环境间歇性);运行太大并且电容器负载晶体,将其频率从其谐振拉出,并降低质量因子(噪音+降低性能。
作为推导的一个例子,下面的MOS结构是皮尔斯振荡器的合适增益元件(转载自我为我的硕士论文工作准备的幻灯片)。M1, M2和Rf是微控制器的典型组成部分,电路板设计者提供CA, CB和晶体:
可以看到2它的输入阻抗是高频的\ \ω\美元是由:
$ $ Z_{\文本在}{}= \压裂{1}{j \ωc₁}+ \压裂{1}{j \ω₂}- \压裂{g_m} {C_A C_B \ω^ 2}$ $
在哪里\ $ c₁\ $和\ $ c₂\ $是晶体本身模型中的等效串联和并联电容。
\ C_A \美元和\ C_B \美元你加到放大器上的两个电容必须足够大吗\ $ \ FRAC {G_M} {C_A C_B \ OMEGA ^ 2} \ $占主导地位,足以过度透露水晶的损失。
当然,这真的很烦人和数学沉重。芯片设计师想销售他们的芯片,水晶卖家想卖掉他们的水晶,而不使用户摩擦与MOSFET跨导和负阻抗。您可能会发现更简单的公式或查找表,这些表格表明了零件本身的数据表和/或应用笔记中的电容值。
振荡器
振荡器是有源电路;这意味着它需要电源来为其板载电路供电。
共同独立振荡器可以看到在线销售,主动电路包含一个共鸣的元素(如石英晶体、MEMS装置、TF-BAR,看到谐振器,等等),获得结构的设计可以很好地处理这种谐振器(如皮尔斯振荡器的放大器之前,一个微分Colpitts振荡器,等等)。这些被集成到一个集成电路包中,输出时钟信号被发送出一个输出管脚(或在一些高性能系统中两个差分管脚)。
这是董事会设计师更简单的解决方案;复杂电路分析由振荡器制造商完成。您需要做的就是确保振荡器可以驱动正确的电压摆动和输出电流,即您提供了数据表中所述的右电压+去耦电容,您不超过环境条件(温度,振动, 等等)。
值得注意的是,并非每个振荡器都基于晶体或MEMS谐振器。Some use electrical inductors and capacitors (e.g. LC cross-coupled oscillator), and some just use delays (e.g. ring oscillator, Xilinx digital clock manager delay-line loop) or even voltage-controlled variants of the above (e.g. voltage-controlled oscillator as found in a PLL)
笔记
1:可以把电路作为反馈放大器来分析,并应用巴克豪森振荡判据。我更喜欢等效阻抗在共振方法,因为我个人发现它更直观。
2: B. Razavi的第13.6节,微电子学基础,第二版,普伦蒂斯霍尔,2012 -适用于作为一个整体的答案和这个推导。
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6\ \ begingroup \美元 一个懒惰但有效的避免分析的技巧:获得微控制器制造商销售的开发板的原理图,并复制他们的选择。 \ $ \ end group \ $- - - - - -John Doty. 5月10日11点43分
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7\ \ begingroup \美元 @michael通常在实际电路中的效果很小。DEV板通常不会推动信封的边缘。只是保持痕迹短。 \ $ \ end group \ $- - - - - -John Doty. 5月10日12:04