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晶振输出波形是怎么样的?晶振匹配电容如何计算?

作者:OCXO 时间:2019-05-13 11:28:03来源:恒温晶振厂家 阅读数:
摘要: 本文详细介绍了晶盛小编在整理晶振商品的时候遇到的输出波形问题!同时晶盛应该如何匹配电容呢?晶振匹配电容如何计算呢?下面一起来看看:...

 

晶振输出波形是怎么样的?

  晶盛小编在上传商品的时候遇到了一个难题,那就是输出波形是怎样的,原谅晶盛小编英文太弱,没有在规格书上找到。经过便查资料,终于明白了晶振的输出波形,就赶紧跟大家来分享一下。

  大家不要迷茫和困惑了,其实晶振输出的波形很简单。无源晶振输出的是正弦波,而有源晶振输出的波形为正弦波或者方波。那如何去确定是正弦波还是方波呢?往下看!

  如果有源晶振把整形电路做在有源晶振里面了的话,输出就是方波,但很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波,这是由于示波器的带宽不够,好像有源晶振20MHz,如果用40MHz或60MHz的示波器测量,显示的是正弦波,这是由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加,带宽不够的话,就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波,所以显示正弦波。完美的再现方波需要至少10倍的带宽,5倍的带宽只能算是勉强,所以需要至少100M的示波器。

  在用示波器观察晶振引脚上的波形时,经常会发生这样的情况:在屏幕上看不到晶振波形或是波形的特征不正确,本很有可能是您没有使用探头×10挡造成的。

  晶振对电容负载较敏感,当使用×1挡时,探头电容相对较大,相当于一个很重的负载并联在晶振电路中,容易导致电路停振而得不出正确的测量结果;正确的做法应该是使用×10挡测量,此时探头内的电容相对变小,可以减小测试引入的负载效应,此时测量出来的晶振波形才是准确的!为了提高信号保真度,还应使用探头标配的接地弹簧代替接地鳄鱼夹就近接地。

  另一方面,晶振的输出边沿一般比较陡,上升时间较短,其实质是晶振的输出中包含了较多的高频分量,应该将其当作高频信号来看待,应该进行全带宽测量。探头×1挡的带宽有限制,而探头×10挡是全带宽开启,故必须选用×10挡进行测量。

  测量晶振信号波形,只有运用正确的方法,才能准确测量信号,得出的结论才会有意义!

晶振匹配电容如何计算?

  振匹配电容的计算应该是工程师很熟悉的一个内容了,小编也进行了一下研究,在此分享一下,如果有觉得不对的地方还请批评指正。

  大多数电子工程师都见过单片机中如下图所示的形式,一般单片机都会有这样的电路。晶振的两个引脚与芯片(如单片机)内部的反相器相连接,再结合外部的匹配电容CL1、CL2、R1、R2,组成一个皮尔斯振荡器(Pierce oscillator)。

晶振

  上图中,U1为增益很大的反相放大器,CL1、CL2为匹配电容,是电容三点式电路的分压电容,接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点,输入和输出是反相的,但从并联谐振回路即石英晶体两端来看,形成一个正反馈以保证电路持续振荡,它们会稍微影响振荡频率,主要用与微调频率和波形,并影响幅度。 X1是晶体,相当于三点式里面的电感。

  R1是反馈电阻(一般≥1MΩ),它使反相器在振荡初始时处于线性工作区,R2与匹配电容组成网络,提供180度相移,同时起到限制振荡幅度,防止反向器输出对晶振过驱动将其损坏。

  这里涉及到晶振的一个非常重要的参数,即负载电容CL(Load capacitance),它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容(不是晶振外接的匹配电容),主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻,与晶体一起决定振荡器电路的工作频率,通过调整负载电容,就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。

  负载电容的公式如下所示:

晶振

  其中,CS为晶体两个管脚间的寄生电容(Shunt Capacitance)

  CD表示晶体振荡电路输出管脚到地的总电容,包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CO、外加匹配电容CL2,即CD=CPCB+CO+CL2。

  CG表示晶体振荡电路输入管脚到地的总电容,包括PCB走线电容CPCB、芯片管脚寄生电容CI、外加匹配电容CL1,即CG=CPCB+CI+CL1。

  一般CS为1pF左右,CI与CO一般为几个皮法,具体可参考芯片或晶振的数据手册。

  (这里假设CS=0.8pF,CI=CO=5pF,CPCB=4pF)。

  比如规格书上的负载电容值为18pF,带入公式可得CD=CG=34.4pF,计算出来的匹配电容值CL1=CL2=25pF。

  是不是觉得晶振的匹配电容计算起来不难呢?需要注意的是,如果实际的负载电容配置不当,第一会引起线路参考频率的误差.另外如在发射接收电路上会使晶振的振荡幅度下降(不在峰点),影响混频信号的信号强度与信噪. ,当波形出现削峰,畸变时,可增加负载电阻调整(几十K到几百K).要稳定波形是并联一个1M左右的反馈电阻。

晶振输出波形是怎么样的?晶振匹配电容如何计算?相关问答:

问题:用石英晶体振荡器如何产生1Hz脉冲的

回答:石英晶体振荡器分频就可以产生1Hz脉冲的,你的晶振频率是多少啊,说了才好给你电路图。一般用来产生1Hz脉冲的晶振都用的32768HZ的。

问题:什么是晶体振荡器?

回答:晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片),石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振;而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

问题:晶体振荡器有什么作用?

回答:晶振在应用具体起到的作用,微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的时钟源,如晶振、陶瓷谐振槽路;RC(电阻、电容)振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置,适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。

问题:正弦波振荡器的简介

回答:正弦波振荡器可分为两大类:一类是利用反馈原理构成的反馈振荡器,它是目前应用最广的一类振荡器;另一类是负阻振荡器,它将负阻抗元件直接连接到谐振回路中,利用负阻器件的负阻抗效应去抵消回路中的损耗,从而产生出正弦波振荡。

问题:石英晶体振荡器是利用石英晶体的什么工作的

回答:石英晶体振荡器又名石英谐振器,简称晶振,是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动,当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时,振动便变得很强烈,这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性,就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。

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