助力通关硬件开发基础面专刊<10/30>--第三章 最小系统---晶振电路

3.1.7晶振电路的分类与组成

【考点映射】
》》》你对晶振有什么了解吗？
》》》有源晶振和无源晶振的区别、优缺点？
》》》晶振电路设计时，有哪些需要注意的？

【出现频度】⭐⭐⭐
【难度】★★
【参考答案】
1、按照时钟信号的用途分类，可以把时钟分为实时时钟和逻辑电路主时钟。
实时时钟一般为32.768kHz，它独立于系统，为整个系统提供计时标准。

而逻辑电路主时钟，不同处理器有不同的频率，例如咱们常用的89C51的主时钟多为11.0592Mhz。

2、另一种分类，把时钟分为有源时钟(有源晶振)和无源时钟(无源时钟)。
有源时钟，是一个相对独立的时钟模块，需要外接电源，然后在时钟内部产生振荡信号；
无源时钟大都为一个晶体，需要外部的起振电路进行配合，其两端与芯片(起振电路)相接，时钟信号直接在芯片内部生成。

从电路原理来说，有源时钟和无源时钟区别不大。

注意事项：

• 1、需要倍频的处理器，要处理好PLL的配置电路，以便更好隔离和滤波；
• 2、20MHz频率以下的晶振基本上都是基频的器件，稳定度好。超过20MHz基本上是谐波的，稳定度差，因此建议使用低频的器件（倍频用PLL电路，其稳定度和价格大大优于晶振器件）
• 3、时钟信号走线尽可能短且粗，与其它PCB走线线间距尽可能大，紧靠器件，必要时走内层，同时用地线包围；
• 4、从外部引入时钟信号时有特殊的设计要求，需要详细参考相关的资料。

3.1.8晶振三点式电路

（2）当频率高于fs时，R、L、C支路呈感性，当与C0发生并联谐振时，其振荡频率为

由于，因此与非常接近。

只有时，石英晶体才呈现感性。

1.并联型石英晶体振荡电路

电容C为旁路电容，对信号可视为短路。放大电路为共基放大电路给放大电路加输入电压，极性上“+”下“-”；则基电极电位为“+”；集电极电位为“-”。只有在石英晶体里呈现电感特性时，即C1和C2与石英晶体产生并联谐振时，反馈电压才与输入电压同相，电路才满足正弦波振荡电路的相位平衡条件。

图中电容C1和C2与石英晶体中的C0并联，总容量远大于石英晶体中的C，所以电路的振荡频率约等于石英晶体的并联谐振频率fp。
调整相关电阻阻值，可使电路满足正弦波振荡的幅值平衡条件。

2.串联型石英晶体振荡电路
电容Cb为旁路电容，对信号可视为短路。电路的第一级为共基放大电路，第二级为共集放大电路断开反馈，给放大电路加输入电压，极性上“+”下“-”；则T1管集电态电位为“+”；T2管的发射极动态电位也为“+”。只有在石英晶体里呈现纯阻性，即产生串联谐振时，反馈电压才与输入电压同相，电路才满足正弦波振荡电路的相位平衡条件。所以电路的振荡频率为石英晶体的串联谐振频率fs。
调整Rf阻值，可使电路满足正弦波振荡的幅值平衡条件。

3.1.9振荡原理、起振条件、稳定条件

【考点映射】
》》》请描述下正弦波的振荡原理？
》》》如何判断电路是否可能产生正弦波振荡？
》》》起振条件是什么？
》》》稳定条件是什么？
》》》振荡器初始信号怎么来的
【出现频度】⭐⭐⭐⭐
【难度】★★
【参考答案】
完整的的正弦波振荡电路需要具有四个基本环节：放大电路、正反馈网络、选频网络和稳幅环节。
1、放大电路；保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。
2、选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。
3、正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。|
4、稳幅环节；也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。
PS：在不少实用电路中，常将选频网络和正反馈网络合二而一，而且，对于分立元件放大电路，也不再另加稳幅环节，而依靠晶体管特性的非线性来起到稳幅作用。

判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤：
（1）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节四个组成部分。，
（2）判断放大电路是否能够正常工作，即是否有合适的静态工作点且动态信号是否能够输入、输出和放大。
（3）利用瞬时极性法判断电路是否满是正弦波振荡的相位条件。

（4）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是否满足起振条件。

起振条件：

T = AF > 1

稳定条件：

T = AF  =  1

一个实际的振荡器的初始信号是由电路内部噪声或瞬态过程的扰动所引起的。