晶振电路中的元器件有什么样的作用和设计方法介绍

晶振电路是一种非常常见的电子电路，它利用石英晶体的压电效应产生稳定的频率。晶振电路中的元器件主要包括晶振、反相器、电阻、电容等。下面将详细讲解这些元器件的作用和晶振电路的设计方法。晶振是晶振电路的核心部分，它的等效电气特性可以看作是一个含有串联等效阻抗ESR、等效电感L和等效电容C的电路，Cp是晶振的伴身电容，其极性取决于晶振的极性。当晶振工作在串联谐振状态下时，电路表现得像一个纯电阻电路，感抗等于容抗。当晶振工作在并联谐振模式时，晶振表现为感性，其工作频率由晶振的负载决定。晶振电路的设计方法主要有以下几点： 1.晶振振荡电路的设计：晶振振荡电路的主要组成部分包括晶振和反相器，反相器在芯片内体现为一个AB型放大器，它将输入的电量相移大约180°后输出。晶振、R1、C1和C2组成的π型网络产生另外180°的相移，使整个环路的相移为360°，满足振荡的条件。 2.负载电容的选择：负载电容CL的大小取决于晶振的工作频率和制造商的建议。通常，C1和C2的值应该大致相等，它们的数值较大可以提高频率的稳定性，但会减小环路增益，可能引发起振问题。 3.驱动限流电阻的使用：驱动限流电阻R1的主要功能是限制反相器输出，避免晶振被过驱动。R1、C1组构成分压电路，这些元器件的数值是以这样的方式进行计算的：反相器的输出接近rail-to-rail值，输入到晶振的信号是rail-to-rail的60%，通常实际是令R1的电阻值和的C1容抗值相等，即R1≈XC1。 4.反馈电阻Rf的作用：反馈电阻Rf产生负反馈，它将反相器设定在中间补偿区附近，使反相器工作在高增益线性区域。在晶振电路的设计中，还有一些细节需要注意。例如，选择ESR小的晶振有利于解决起振问题，较小的ESR可以增加环路增益。在PCB板上缩短线路可以减小漂移电容，这也有利于解决晶振起振和振荡频率的问题。在工作的温度下和工作的电压范围内经常性测试一下电路，以确保晶振起振和持续振荡。必要的时候调整元器件的数值。为了优化晶振电路的设计，可以先计算C1和C2的值，然后将R1替换成电位计，将其初始值设置到大约XC1。如果需要，调节电位计的设置，直到晶振起振并在稳态条件下保持振荡。晶振电路的设计需要考虑晶振的电气特性、负载电容的选择、驱动限流电阻和反馈电阻的作用等多个方面。只有全面考虑这些因素，才能设计出性能良好的晶振电路。