电路基础知识——常见晶振电路

电路基础知识——常见晶振电路

引用

CSDN

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https://blog.csdn.net/weixin_52856735/article/details/131041138

晶振电路是电子工程领域中常见的基础电路之一，其性能直接影响着整个系统的时钟精度和稳定性。本文将详细介绍有源晶振和无源晶振的区别、晶振选型的关键参数、晶振的分类以及PCB设计注意事项，帮助工程师更好地理解和应用晶振电路。

一、有源晶振

有源晶振的精度可以达到0.1ppm，频率稳定性较好。有源晶振一般有4个引脚，包括电源、接地、信号输出端和一个空脚（NC）。有源晶振自身就能产生振动。

注： R1、C3需要根据实际需求进行调整，电源必须是稳压的且电源引线尽量短，并尽量与系统中使用晶振信号的芯片共地。

二、无源晶振

无源晶振有2个引脚，需要借助外部时钟电路才能产生振荡信号。两个外接电容可以微调晶振产生的时钟频率。

晶振负载电容选择

不同公司生产的同一标称频率的晶振，所需要的负载电容CL（Load capacitance）可能不同。通过公式计算电容容值：

例子：假设晶振为晶振容性负载CL =0pF，走线线电容Ctrace =2.8pF，引脚电容Cpin =6pF，则晶振外部负载电容Cext =33pF，因此晶振外围电容容值选择33pF。

晶振并联电阻

晶振通常并联一个1MΩ电阻（KHz晶振电路，并联电阻通常为10MΩ，MHz晶振，并联电阻通常为1MΩ左右）。

并联电阻的作用：

1. 降低晶体的Q值，使起振更容易。
2. 抑制EMI，EMI不过时，可减小阻值。
3. 提供直流工作点。
4. 使门电路工作于线性区，提升增益，缩短起振时间。
5. 在低温环境下增加电路稳定性。

注： 并联电阻不能太小，串联电阻不能太大。否则，在温度较低的情况下不易起振。

串联电阻

串联电阻的作用：

1. 降低晶体的激励功率，防止损坏。
2. 限制振荡幅度。
3. 减少晶振的频率偏移程度。

三、晶振选型关键参数

1. 基准频率：晶振在完全理想条件下的振荡频率。
2. 工作电压：晶振的工作需要外界提供一定的电源电压。
3. 输出电平：时钟信号的电平种类。
4. 工作温度范围：根据环境温度要求选择。
5. 频率精度：包含了各种因素引起的频率偏差。
6. 老化度：频率精度与时间之间的关系。
7. 启动时间：从上电到晶振输出频率达到规定精度所需的时间。

四、晶振分类

常用的晶振分为三类：标准封装晶体振荡器SPXO、压控式晶体振荡器VCXO、温度补偿式晶体振荡器TCXO。

标准封装晶体振荡器SPXO

无温度补偿功能，频率精度最高可以达到±10ppm。

压控式晶体振荡器VCXO

VCXO常用在锁相环(PLL)电路中。

温度补偿式晶体振荡器TCXO

TCXO是利用附加的温度补偿电路以减小环境温度对振荡频率影响的一种晶体振荡器。其特点是：频率精度远远高于SPXO和VCXO。

五、PCB设计注意事项

1. 保持负载电容的恒定：晶振的两个焊盘与其下方的平面层之间会形成寄生电容，需要在晶振下方的平面层做挖空处理。
2. 抑制热传导导致的频偏：晶振的频率会受到温度的影响，需要在晶振下方的平面层做挖空处理，隔绝热传导。