•   有源晶振与无源晶振的使用说明 目 录 一.有源晶振与无源晶振的比较 ........................................................................................................ 1 二.有源晶振的管脚 ........................................................................................................................... 2 三.有源晶振内部结构 ....................................................................................................................... 3 四.有源晶振的输出波形 ................................................................................................................... 5 五.有源晶振的典型电路 ................................................................................................................... 5 一.有源晶振与无源晶振的比较 无源晶振:就是一个晶体,本身不能振荡,依靠配合其他 IC 内部振荡电路工作。 有源晶振:晶体+振荡电路,封装在一起。给他供上电源,就有波形输出。 。 。 1、无源晶体——无源晶体需要用 DSP 片内的振荡器,在 datasheet 上有建议的连接方 法。无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的, 同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的 DSP,而且价格通 常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量 大的生产者。无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电 路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等) ,更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做 相应的调整。建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。 2、有源晶振——有源晶振不需要 DSP 的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且 连接方式相对简单 (主要是做好电源滤波, 通常使用一个电容和电感构成的 PI 型滤波网络, 输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可) ,不需要复杂的配置电路。有源晶振通常的用 法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷 是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较差,而且价格高。对于时序 要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,因为可以选用比较精密的晶振,甚至是高 档的温度补偿晶振。有些 DSP 内部没有起振电路,只能使用有源的晶振,如 TI 的 6000 系 列等。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大,但现在许多有源晶振是表贴的,体积和晶 体相当,有的甚至比许多晶体还要小。 几点注意事项: 1、需要倍频的 DSP 需要配置好 PLL 周边配置电路,主要是隔离和滤波; 2、20MHz 以下的晶体晶振基本上都是基频的器件,稳定度好,20MHz 以上的大多是 谐波的(如 3 次谐波、5 次谐波等等) ,稳定度差,因此强烈建议使用低频的器件,毕竟倍 频用的 PLL 电路需要的周边配置主要是电容、电阻、电感,其稳定度和价格方面远远好于 晶体晶振器件; 3、时钟信号走线长度尽可能短,线宽尽可能大,与其它印制线间距尽可能大,紧靠 器件布局布线,必要时可以走内层,以及用地线、通过背板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。 此外还要做一些说明: 总体来说晶振的稳定度等方面好于晶体,尤其是精密测量等领域,绝大多数用的都是 高档的晶振,这样就可以把各种补偿技术集成在一起,减少了设计的复杂性。试想,如果 采用晶体,然后自己设计波形整形、抗干扰、温度补偿,那样的话设计的复杂性将是什么 样的呢?我们这里设计射频电路等对时钟要求高的场合,就是采用高精度温补晶振的,工 业级的要好几百元一个。 特殊领域的应用如果找不到合适的晶振,也就是说设计的复杂性超出了市场上成品晶 振水平,就必须自己设计了,这种情况下就要选用晶体了,不过这些晶体肯定不是市场上 的普通晶体,而是特殊的高端晶体,如红宝石晶体等等。 更高要求的领域情况更特殊,我们这里在高精度测试时采用的时钟甚至是原子钟、铷 钟等设备提供的,通过专用的射频接插件连接,是个大型设备,相当笨重 ... ... 1. 有源晶振与无源晶振的区别 1 无源晶振为 crystal(晶体)无源晶振是有 2 个引脚的无极性元件,需要借助于时钟 电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来; 有源晶振则叫做 oscillator(振荡器) 。有源晶振有 4 只引脚,是一个完整的振荡器,其 中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。 2. 无源晶振和有源晶振的优缺点 无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差, 通常需要精确匹配外围电路 (用 于信号匹配的电容、电感、电阻等) ,更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调 整。建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。 相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平, 灵活性较差,而且价格高。对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,因为可 以选用比较精密的晶振,甚至是高档的温度补偿晶振。 二.有源晶振的管脚 无源晶振两个管脚可以任意。 有源晶振根据封装不同,管教排列不同(打点的为“1 脚”,逆时钟看) 2 有个点标记的为 1 脚,按逆时针(管脚向下)分别为 2、3、4。 有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。 方形有源晶振引脚分布: 1、正方的,使用 DIP-8 封装,打点的是 1 脚。 1-NC; 4-GND; 5-Output; 8-VCC 2、长方的,使用 DIP-14 封装,打点的是 1 脚。 1-NC; 7-GND; 8-Output; 14-VCC BTW: 1、电源有两种,一种是 TTL,只能用 5V,一种是 HC 的,可以 3.3V/5V 2、边沿有一个是尖角,三个圆角,尖角的是一脚,和打点一致。 Vcc out NC(点) GND 三.有源晶振内部结构 3 4 可以看到 有源晶振 = 普通晶振+逻辑电路 四.有源晶振的输出波形 无源晶振输出正弦波。 有源晶振输出正弦波或方波。 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,带宽不够的线MHz 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。 五.有源晶振的典型电路 5 如上图,为有源晶振 EMC 标准设计电路,如果对 EMC 要求不高,可以去掉 L1,及 C1. 只保留 电源输入端的去耦电容,取 0.1uf 即可,输出端保留输出电阻,约 10 到 27 欧姆. 说明: 1.电源端磁珠 L1 与电容 C2,C3 构成 lc 滤波电路. 2.关于输出端串联的电阻的作用. 串电阻是为了减小反射波,避免反射波叠加引起过冲。有时,不同批次的板子特性不一 样,留个电阻位置便于调整板子状态到最佳。如无必要串电阻,就用 0 欧电阻连接。具体作 用如下: 1 可以减少谐波,有源晶体输出的是方波,这将引起谐波干扰,尤其是阻抗严重不匹配 的情况下,加上电阻后,该电阻将与输入电容构成 RC 积分平滑电路,将方波转换为近似正 弦波,虽然信号的完整性受到一定影响,但由于该信号还要经过后级放大、整形后才作为时 钟信号,因此,性能并不受影响,该电阻的大小需要根据输入端的阻抗、输入等效电容,有 源晶体的输出阻抗等因素选择。 2,可以进行阻抗匹配,减小回波干扰及导致的信号过冲。我们知道,只要阻抗不匹配, 都会产生信号反射,即回波,有源晶体的输出阻抗通常都很低,一般在几百欧以下,而信号 源的输入端在芯片内部结构上通常是运放的输入端, 由芯片的内部电路与外部的无源石英晶 体构成谐振电路(使用有源晶体后就不需要这个晶体了) ,这个运放的输出阻抗都在兆欧以 上。 一般这个输出电阻可以串 27 欧姆左右. 6

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    晶振
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    2019-10-07 06:59
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