设计好的石英晶体振荡器电路可能很棘手.大多数应用笔记都是针对大规模生产的;他们的方法需要投入大量的测试和优化.本文适用于小型项目,可帮助您选择晶体和电容器,从而使电路正常工作.

图1:基本晶体振荡器电路

电路设计过程

四个简单的步骤:

1,选择水晶

2,检查微控制器是否可以驱动晶振

3,晶体可以处理功率损耗吗?

4,选择负载电容CL1和CL2

第1步:选择一个水晶

你已经知道你想要什么样的水晶.稍后将讨论不同晶体之间的权衡.选择一个适合您需求但不太贴切的,您可以尽快重新审视这一步.

第2步:检查微控制器是否可以驱动晶振

微控制器数据表为有源晶体振荡器选择提供了一些指导.这些参数与临界增益有关.临界增益是微控制器电路启动晶体振荡器所需的最小增益.

对于给定的一组频率和负载电容,一些微控制器数据表提供了晶体允许的一组最大ESR.

如果微控制器数据表提供振荡器跨导(通常为uA/V)或最大临界增益,那么我们需要计算晶体的临界增益并检查微控制器是否可以驱动它

其中:

-F是晶体的标称频率

-ESR是晶体的等效串联电阻

-C0是晶体分流电容

-CL是晶体的标称负载电容

关键增益是晶体的特性,这些参数在晶体的数据表中.

接下来计算增益余量.如果增益裕度大于5,则振荡器将可靠地启动.增益裕度越大意味着振荡器启动越快.

或者,一些微控制器数据表提供最大临界增益gm_crit_max.在这种情况下,gm_crit必须小于gm_crit_max.

如果微控制器不满足驱动晶体的要求,则选择另一个晶体.

第3步:晶体可以处理功率损耗吗?

数据表中规定了晶振的驱动电平(DL).驱动电平基本上是正常工作时晶体的最大额定功率.

DL的粗略高估可以如下计算:

其中:

-ΔV是峰峰值振荡器电压-使用最坏情况:ΔV=Vcc

如果估算低于晶振的额定驱动电平,则转到最后一步.如果估计值高于晶振的额定驱动电平,您可以优化估算值(稍后参见示例)或选择另一个晶体并再试一次.

步骤4:选择负载电容CL1和CL2

负载电容将晶振调谐到正确的频率.

我第一次设计晶体振荡器电路时,我假设两个负载电容并联连接.我选定的CL1=CL2=0.5*C大号.我的同事假定是cL1=CL2=C大号.这两种选择都很常见.两者都错了.

负载电容是石英晶振上所需的电容,因此CL1和CL2串联连接.

我想将其简化为:

C杂散是微控制器引脚和走线电容的杂散电容积累.许多应用笔记建议估计此值约为5pF.一些微控制器数据表提供了有关该值的更准确数据-例如,msp430f22x2系列指定1pF的杂散电容,这与其低功耗模型非常吻合.如果您的微控制器数据表没有此信息,请将C杂散估计为5pF.