晶振振荡电路的设计

晶振振荡电路的设计

1 晶振的等效电气特性

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?(1) 概念

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?[1] 晶片，石英晶体或晶体、晶振、石英晶体谐振器

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?从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片。

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?[2] 晶体振荡器

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?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。

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?(2) 晶振的等效电路

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?Figure1. 晶振的等效电路

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?Figure 1展示了晶振等效的电路。R是有效的串联电阻，L和C分别是电感和电容动态元件。CP 是晶振电极的分流电容。

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?(3) 晶振等效电路的特殊状态

晶振FM发射电路

晶振FM发射电路 此晶振FM发射电路经过一晚上的折腾将音质差音量小的问题显著改善，特将成果分享给爱玩的你，此电路工作非常稳定、手怎么摸电路板怎么移动电路板都不会飘频，不要和电容三点式振荡电路混为一谈 晶振找了20多个只有26.601712Mhz这个晶振音质做好、频率落在收音机的106.4频段上，变容二极管2个串联、1~5uh电感用色环电感，大家做的时候10k和两个5.1k电阻不要偏差太大、会影响音量和音质的、供电电压低于10V音质会变差，所以说供电不要低于12V。变容二极管可用V06G整流二极管代替 自我感觉经此发射电路发射出去的信号收音机接收后高音清晰低音浑厚、接收音量也已经做到可以让自己接受的量度了 最新电路图做了如下改动，将石英晶振改为陶瓷晶振、增加了一个47K电阻、减少了1个变容二极管、供电电压由12V降低为4.2V 可正常工作不影响音质。其它无改动

频率很稳定的FM发射电路图 许多无线电爱好者都希望制作一台调频发射器，特别是在８７～１０８ＭＨｚ的调频波段，可利用现成的ＦＭ收音机来接收，因而受到大家的青睐。 在许多刊物中都介绍有调频发射器的实例，但大多数采用电容三点式电路和克拉泼振荡电路。这种电路虽简单，但它的频率稳定度不高，特别是在业余条件下，稍微动动电路板或天线位置，频率就改变了。在此笔者介绍一款用晶振稳频的调频发射器。 如图１所示，由Ｖ１及相关阻容元件组成一级音频放大电路，为调制级提供足够强度的音频信号。Ｄ１是变容二极管，其等效电容量随着两极所加的反向电压变化而变化，从而使晶振及外围电路组成的振荡器中心频率随之变化，达到调频目的。振荡器输出的信号经Ｖ３倍频、放大，再由调谐变压器完成匹配与滤波后输出。 该电路用了调谐变压器，因而在制作完后要调整其磁心，使之匹配。其方法是制作一个简易场强电路（如图２所示），接至变压器的输出端，调整磁心，直到电流表指示值最大为止。电路中所用元器件尽量使用高频特性好的元器件。晶振选用标称值为２９～３６ＭＨｚ之间的晶振，Ｄ１可用MV2105，变压器需自制，可选用电视中周作骨架，去掉屏蔽罩，用∮０．２ｍｍ左右的漆包线在骨架上初级绕３匝，次级绕１匝。天线可用１／４波长的软导线代用。 成本低于10元的FM发射器 目前市场上具备FM发射功能的MP3备受消费者关注。这种功能看起来挺新奇，也可以为MP3播放器增加卖点，其实实现起来并不难。我们也可以自己动手做一个小型的FM发射机。在这里介绍一种新型发射机，该机制作简便、音质优良，适合高保真无线音响之用。

石英晶振设计电路,Oscillation Circuit Design Overview

Oscillation Circuit Design Overview Oscillation Circuit Design Key Parameters DRIVE LEVEL (DL), OSCILLATION FREQUENCY AND LOAD CAPACITANCE (CL), OSCILLATION ALLOWANCE, FREQUENCY-TEMPERATURE CURVE DRIVE LEVEL (DL) The drive level of a crystal unit is shown by the level of the operating power or the current consumption (see Figures 9,10, and 11). Operating the crystal unit at an excessive power level will result in the degradation of its characteristics, which may cause frequency instability or physical failure of the crystal chip. Design your circuit within absolute maximum drive level. OSCILLATION FREQUENCY AND LOAD CAPACITANCE (CL) The load capacitance (CL) is a parameter for determining the frequency of the oscillation circuit. The CL is represented by an effective equivalent capacitance that is loaded from the oscillation circuit to both ends of the crystal unit (see Figure 12). The oscillation frequency varies depending upon the load capacitance of the oscillation circuit. In order to obtain the desirable frequency accuracy, matching between the load capacitances of the oscillation circuit and the crystal unit is required. For the use of the crystal unit, match the load capacitances of the oscillation circuit with the load capacitances of the crystal

实验 石英晶体振荡器(严选材料)

实验四石英晶体振荡器 一、实验目的 1、熟悉石英晶体振荡器的基本工作原理； 2、掌握静态工作点对晶体振荡器工作的影响。 3、掌握晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的 方法。 二、实验原理 1、电路与工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。若将晶体短路,则L1、C2、C3就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF，C4=20nF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率 C5是耦合电容，R5是负载电阻。很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 图4-1 晶体振荡器交流通路 2、实验电路

如图4-2所示。1R03、1C02为去耦元件，1C01为旁路电容，并构成共基接法。1W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。1C05为输出耦合电容。1Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。 三、实验内容 1、观察振荡器输出波形，测量振荡频率和振荡电压峰值Vp-p。 2、观察静态工作点等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。 四、实验步骤 （一）模块上电 将晶体振荡器模块⑤，接通电源，此时电源指示灯点亮。 （二）测量晶体振荡器的振荡频率 把示波器接到1P01端，顺时针调整电位器1W01，以改变晶体管静态工作点，读取振荡频率（应为6MHZ）。 （三）观察静态工作点变化对振荡器工作的影响

单片机最小系统原理图

单片机最小系统 单片机最小系统,或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的 系统. 对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路. 下面给出一个51单片机的最小系统电路图. 说明

复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让R C组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍. 晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作) 单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机 特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的. 复位电路： 一、复位电路的用途 单片机复位电路就好比电脑的重启部分，当电脑在使用中出现死机，按下重启按钮电脑内部的程序从头开始执行。单片机也一样，当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。 单片机复位电路如下图：

二、复位电路的工作原理 在书本上有介绍，51单片机要复位只需要在第9引脚接个高电平持续2US就可以实现，那这个过程是如何实现的呢？ 在单片机系统中，系统上电启动的时候复位一次，当按键按下的时候系统再次复位，如果释放后再按下，系统还会复位。所以可以通过按键的断开和闭合在运行的系统中控制其复位。 开机的时候为什么为复位 在电路图中，电容的的大小是10uF，电阻的大小是10k。所以根据公式，可以算出电容充

高频石英晶体振荡器仿真报告

燕山大学石英晶体振荡器设计报告 题目： 专业：电子信息工程 姓名：李飞虎 指导教师：李英伟 院系站点：信息科学与工程学院 2014年11 月17 日 高频石英晶体振荡器仿真报告

1.振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。振荡器起振时是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行放大选频。此时振荡器的输出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或者截止区，其增益逐渐下降，当放大器增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。 2，串联晶体振荡器 在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图1-1和图1-2显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。可以看出，如果将石英晶体短路，该电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，电路满足相位条件和振幅条件，故能正常工作；当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时，晶体阻抗增大，是反馈减弱，从而使电路不能满足振幅条件，电路不能正常工作。串联型晶体振荡器只能适应高

次泛音工作，这是由于晶体只起到控制频率的作用，对回路没有影响，只要电路能正常工作，输出幅度就不受晶体控制。 图1-1 图1-2 设计参数在仿真图上，首先进行静态分析，根据仿真，各元件参数符合要求。对于振荡器，当该电路接为串联型振荡器时，晶体起到选频短路线的作用，（与三端电容振荡器相同）输出频率应为3MHZ. L1,C1,C2组成谐振回路，参数符合要求，即f0=3MHZ。 3.并联晶体振荡器 并联振荡器分为c-b型和b-e型。前者相对稳定。所以我设计的是c-b型。 参数分析与前者类似。交流参数确定时，并联振荡电路中晶振接在谐振回

有源晶振电路及工作原理简述

有源晶振电路及工作原理简述 有源晶振是由石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用，是基于它的压电效应：在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。 压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。图3是一个串联型振荡器，晶体管T1和T2构成的两级放大器，石英晶体XT与电容C2构成LC电路。在这个电路中，石英晶体相当于一个电感，C2为可变电容器，调节其容量即可使电路进入谐振状态。该振荡器供电电压为5V，输出波形为方波。 有源晶振引脚排列: 有源晶振引脚识别，实物图如上图(b)所示. 有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。 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

注:有源晶振型号众多，而且每一种型号的引脚定义都有所不同，接法也有所不同，上述介绍仅供参考,实际使用中要确认其管脚列方式. 有源晶振通常的接法： 一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。 有源晶振与无源晶振的联系与区别 无源晶振与有源晶振的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。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，所以“无源晶振”这个说法并不准确；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。 石英晶体振荡器的频率稳定度可达10^-9/日，甚至10^-11。例如10MHz的振荡器，频率在一日之内的变化一般不大于0.1Hz。因此，完全可以将晶体振荡器视为恒定的基准频率源(石英表、电子表中都是利用石英晶体来做计时的基准频率)。从PC诞生至现在，主板上一直都使用一颗14.318MHz的石英晶体振荡器作为基准频率源。 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。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。 下图为晶体及晶振实特图,左边两个是晶振,右边14.38MHz的为晶体.

石英晶体振荡器原理

石英晶体振荡器的基本工作原理及作用 (1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。(2)压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐 振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 (3)符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。当晶体不振动时，可把它看 成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。一般L的值为几十mH到几 百mH。晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因 摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小， R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只 与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。

晶振电路原理介绍

晶体振荡器，简称晶振。在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。无源晶振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，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。 谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。

晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。 石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。其特点是频率稳定度很高。 石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC来共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数为：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。RR 的大小直接影响电路的性能，也是各商家竞争的一个重要参数。 概述 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；基于相移电路的时钟源，如：RC (电阻、电容)振荡器。硅振荡器通常是完全集成的RC振荡器，为了提高稳定性，包含有时钟源、匹配电阻和电容、温度补偿等。图1给出了两种时钟源。图1给出了两个分立的振荡器电路，其中图1a为皮尔斯振荡器配置，用于机械式谐振器件，如晶振和陶瓷谐振槽路。图1b为简单的RC反馈振荡器。 机械式谐振器与RC振荡器的主要区别 基于晶振与陶瓷谐振槽路(机械式)的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温 度系数。相对而言，RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。图1所示的电路能产生可靠的时钟信号，但其性能受环境条件和电路元件选择以及振荡器电路布局的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移(甚至可能损坏)。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。 振荡器模块 上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波

石英晶体振荡器电路设计

辽宁工业大学 高频电子线路课程设计（论文）题目：石英晶体振荡器电路设计 院（系）：电子与信息工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间： 2014.6.16-2014.6.27

课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量50% 答辩30% 以百分制计算 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目 石英晶体振荡器电路设计 课 程设计（论文）任务 要求：1．设计一个石英晶体振荡器 2．能够观察输入输出波形。 3．观察振荡频率。 参数：振荡频率10000HZ 左右。 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指导教师评语及成绩 平时成绩(20%)： 论文成绩(50%)： 答辩成绩(30%)： 总成绩： 学生签字： 年 月 日

目录 第1章绪论 (1) 1.1石英晶体振荡器 (1) 1.2设计要求 (1) 第2章石英晶体振荡器设计电路 (2) 2.1石英晶体振荡器总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (2) 2.2.1串联型晶体振荡器 (2) 2.2.2并联型晶体振荡器 (4) 2.2.3输出缓冲级设计 (5) 2.3元件参数的计算 (5) 2.4Multisim软件仿真 (6) 2.4.1串联型振荡器输出测试 (6) 2.4.2并联型振荡器输出测试 (7) 第3章课程设计总结 (9) 参考文献 (10) 附录Ⅰ总体电路图 (11) 附录Ⅱ元器件清单 (12)

晶振的工作原理

晶振的工作原理 一、什么是晶振? 晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的主要作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。 晶振还有个作用是在电路产生震荡电流,发出时钟信号. 晶振是晶体振荡器的简称。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。 晶振在数字电路的基本作用是提供一个时序控制的标准时刻。数字电路的工作是根据电路设计，在某个时刻专门完成特定的任务，如果没有一个时序控制的标准时刻，整个数字电路就会成为“聋子”，不知道什么时刻该做什么事情了。 晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。 晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

电路中，为了得到交流信号，可以用RC、LC谐振电路取得，但这些电路的振荡频率并不稳定。在要求得到高稳定频率的电路中，必须使用石英晶体振荡电路。石英晶体具有高品质因数，振荡电路采用了恒温、稳压等方式以后，振荡频率稳定度可以达到10^(-9)至10 ^(-11)。广泛应用在通讯、时钟、手表、计算机……需要高稳定信号的场合。 石英晶振不分正负极, 外壳是地线，其两条不分正负 二、晶振的使用 晶振，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容

晶体振荡器电路+PCB布线设计指南

AN2867 应用笔记 ST微控制器振荡器电路 设计指南 前言 大多数设计者都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少有人真正了解它是如何工 作的，更遑论如何正确的设计。我们经常看到，在振荡器工作不正常之前，多数人是不愿付出 太多精力来关注振荡器的设计的，而此时产品通常已经量产；许多系统或项目因为它们的晶振 无法正常工作而被推迟部署或运行。情况不应该是如此。在设计阶段，以及产品量产前的阶 段，振荡器应该得到适当的关注。设计者应当避免一场恶梦般的情景：发往外地的产品被大批 量地送回来。 本应用指南介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一些指导作法来帮助用户如何规划一个好的 振荡器设计，如何确定不同的外部器件的具体参数以及如何为振荡器设计一个良好的印刷电路 板。 在本应用指南的结尾处，有一个简易的晶振及外围器件选型指南，其中为STM32推荐了一些晶 振型号(针对HSE及LSE)，可以帮助用户快速上手。

目录ST微控制器振荡器电路设计指南目录 1石英晶振的特性及模型3 2振荡器原理5 3Pierce振荡器6 4Pierce振荡器设计7 4.1反馈电阻R F7 4.2负载电容C L7 4.3振荡器的增益裕量8 4.4驱动级别DL外部电阻R Ext计算8 4.4.1驱动级别DL计算8 4.4.2另一个驱动级别测量方法9 4.4.3外部电阻R Ext计算 10 4.5启动时间10 4.6晶振的牵引度(Pullability) 10 5挑选晶振及外部器件的简易指南 11 6针对STM32?微控制器的一些推荐晶振 12 6.1HSE部分12 6.1.1推荐的8MHz晶振型号 12 6.1.2推荐的8MHz陶瓷振荡器型号 12 6.2LSE部分12 7关于PCB的提示 13 8结论14

晶振的基本原理及特性

晶振的基本原理及特性 晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。 分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv 三个电容串联后和Co并联再和C1串联。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。 采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。 晶振的指标 总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。 说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如：精密制导雷达。 频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。图中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。

图2 晶振输出频率随时间变化的示意图 曲线1是用0.1秒测量一次的情况，表现了晶振的短稳；曲线3是用100秒测量一次的情况，表现了晶振的漂移；曲线4 是用1天一次测量的情况。表现了晶振的老化。 频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。 ft=±(f max-fmin)/(fmax+fmin) ftref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜，｜(fmin-fref)/fref｜] ft：频率温度稳定度(不带隐含基准温度) ftref：频率温度稳定度(带隐含基准温度) fmax ：规定温度范围内测得的最高频率 fmin：规定温度范围内测得的最低频率 fref：规定基准温度测得的频率 说明：采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高。 开机特性（频率稳定预热时间）：指开机后一段时间(如5分钟)的频率到开机后另一段时间(如1小时)的频率的变化率。表示了晶振达到稳定的速度。这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用。 说明：在多数应用中，晶体振荡器是长期加电的，然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机，这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到（尤其是对于在苛刻环境中使用的军用通讯电台，当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃)，采用OCXO作为本振，频率稳定预热时间将不少于5分钟，而采用MCXO只需要十几秒钟)。 频率老化率：在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率

石英晶体振荡电路

石英晶体振荡电路 石英晶体谐振器, 简称石英晶体, 具有非常稳定的固有频率。对于振荡频率的稳定性要求高的电路, 应选用石英晶体作选频网络。 一、石英晶体的特点 将二氧化硅（SiO2）结晶体按一定 的方向切割成很薄的晶片, 再将晶片 两个对应的表面抛光和涂敷银层, 并 作为两个极引出管脚, 加以封装, 就 构成石英晶体谐振器。其结构示意图 和符号如右图所示。 1.压电效应和压电振荡 在石英晶体两个管脚加交变电场时, 它将会产有利于一定频率的机械变形, 而这种机械振动又会产生交变电场, 上述物理现象称为压电效应。一般情况下, 无论是机械振动的振幅, 还是交变电场的振幅都非常小。但是, 当交变电场的频率为某一特定值时, 振幅骤然增大, 产生共振, 称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率, 也称谐振频率。 2.石英晶体的等效电路和振荡频率 石英晶体的等效电路如下图（a）所示。当石英晶体不振动时, 可等效为一个平板电容C0, 称为静态电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积, 一般约为几到几十皮法。当晶片产生振动时, 机械振动的惯性等效为电感L, 其值为几毫亨。晶片的弹性等效为电容C, 其值仅为0.01到0.1pF, 因此, C<f s时, L、C、R支路呈感性, 将与C0产生并联谐振, 石英晶体又呈纯阻性, 谐振频率由于C<f P时, 电抗主要决定于C0, 石英晶体又呈容性。因此, 石英晶体电抗的频率特性如上图所示, 只有在f s

基于石英晶体的正弦波振荡器

晶体振荡器的基本知识 下图是石英晶体谐振器的等效电路。图中C0是晶体作为电介质的静电容，其数值一般为几个皮法到几十皮法。Lq、Cq、rq是对应于机械共振经压电转换而呈现的电参数。rq是机械摩擦和空气阻尼引起的损耗。由图3-1可以看出，晶体振荡器是一串并联的振荡回路，其串联谐振频率fq和并联谐振频率f0分别为 f q=1/2πLqCq，f0= f q Co 1 Cq/ 图1 晶体振荡器的等效电路 当W＜Wq或W> Wo时，晶体谐振器显容性；当W在Wq和Wo之间，晶体谐振器等效为一电感，而且为一数值巨大的非线性电感。由于Lq很大，即使在Wq处其电抗变化率也很大。其电抗特性曲线如图所示。实际应用中晶体工作于Wq~Wo之间的频率，因而呈现感性。 图2 晶体的电抗特性曲线 设计内容及要求 一设计目的及主要任务 1设计目的 掌握高频电子电路的基本设计能力及基本调试能力，并在此基础上设计并联变换的晶体正弦波振荡器。 2 并联型晶体振荡器 图 3 c-b型并联晶体振荡器电路 图 4 皮尔斯原理电路图 5 交流等效电路 C3用来微调电路的振荡频率，使其工作在石英谐振器的标称频率上，C1、C2、C3串联组成石英晶体谐振器的负载电容C L上，其值为 C L=C1C2C3/(C1C2+C2C3+C1C3) C q/ (C0+C L)<<1

二详细设计步骤 1、电路的选择 晶体振荡电路中，与一般LC振荡器的振荡原理相同，只是把晶体置于反馈网络的振荡电路之中，作为一感性元件，与其他回路元件一起按照三端电路的基本准则组成三端振荡器。根据实际常用的两种类型，电感三点式和电容三点式。由于石英晶体存在感性和容性之分，且在感性容性之间有一条极陡峭的感抗曲线，而振荡器又被限定在此频率范围内工作。该电抗曲线对频率有极大的变化速度，亦即石英晶体在这频率范围内具有极陡峭的相频特性曲线。所以它具有很高的稳频能力，或者说具有很高的电感补偿能力。因此选用c-b型皮尔斯电路进行制作。 图 6 工作电路 2、选择晶体管和石英晶体 根据设计要求， =300MHz；≥40，取选择高频管2N3904型晶体管作为振荡管。查手册其参数如下： T =60；NPN型通用；额压：20V；Icm=20mA；Po= ；≈ / =5 MHz。 T 石英谐振器可选用HC-49S系列，其性能参数为： 标称频率。=6 MHz；工作温度：-40℃~+70℃；25℃时频率偏差：士3×10-6士30×10-6；串联谐振电阻：60 ；负载电容：C L=10PF,激励功率：~。 3、元器件参数的计算 a）、确定三极管静态工作点 正确的静态工作点是振荡器能够正常工作的关键因素，静态工作点主要影响晶体管的工作状态，若静态工作点的设置不当则晶体管无法进行正常的放大，振荡器在没有对反馈信号进行放大时是无法工作的。振荡器主电路的静态工作点主要由R b1、R b2、R e、R决定，将电感短路，电容断路，得到直流通路如图所示。 图7 直流通路等效电路 高频振荡器的工作点要合适，若偏低、偏高都会使振荡波形产生严重失真，甚至停振。取I CQ (.1) I b2=10 I BQ=，则取： Ω，以便工作点的调整。 b1b2 b）、交流参数的确定 对于振荡器，当电路接为并联型振荡器时，晶体起到等效电感的作用，输出频率应为6MHZ，则由晶振参数知负载电容C L=10pF，即C2，C3，C1串联后的总电容为10 pF 根据负载电容的定义，C L=1/[(1/C1,2)+1/C3] 由反馈系数F=C1/C2和C1,2=C1C2/C1-C2两式联立解，并取F=1/2 则C1=51pF，C2=100pF，C3=30pF

单片机晶振电路原理及作用

单片机晶振电路原理及作用 单什机乐阿和有晶振.在叽片机策统里隔振柞用非能応全程叫品体振荡器，他 结合单片机内部皑路产生取片机所需的时钟颇率，m片机品振提供的时钟烦率 越尚，那么巾片机运打速度就魏快.臥片接的一训折令的执行都是建泄在也片机 品振捉供的时榊坝率? 在通常工杵条件下.普通的品振频率绝对将度可达百万分之五十*囱级的粕燃更務。冇些怖振还可以由外加电压企一定抢闲内调螯蹶率，称为斥控振霸（VCO）.晶振用一种能把电能和机械能相兰转化的品休在共振的状态下T th以提供稳定，樁确的匏颇振鶴. 单斤机晶振的作用是为系统捉供基本的时钟信号.通常一个系统扶用一个鼎据,便于体部分保持同歩■有些通JR萊统的奉颇和射颇便用不同的品振、而通过电子课無嫌率的方搓保持同步? 品衣通常耳锚相环电路配含使用，以提供系统所需的时忡烦率。如果不同予垂统帘要不同臟率的时钟信号.可臥用耳同一个斛振柑连的不同锁相环來提供" 下丽我就共林的介紹一下晶振的柞用以及原埋，骷振一般采用如图la的电容三端式（考毕兹）交流等效振荡电路；宴际的晶振交曲徹电路如图lb,其中氏是用来调节振荡狈率’一般用变容?极骨加上不同的反偏电爪来实现. 这也是压控作用的机理七把品休的等效电曄代替晶体厉如阳ic；其中Co, CL, Lit RR是晶休的等效电路v （品振电略图〉 分析整个振荡楂路可知，利用h来改变频率是有限的土决宦振荡碱串的整乍 艳路电C-€be, Cce. Cv三个电容串联后和3并联再和门串联亠可M看出： C1趣小，CoKAi C变化时対整个杷路电容的卄用就越小。因而能“压控" 的频率范圉也越小°实际上，由于C14R

实验4 石英晶体振荡器实验指导

实验4 石英晶体振荡器 —、实验准备 1．做本实验时应具备的知识点： ●石英晶体振荡器 ●串联型晶体振荡器 ●静态工作点、微调电容、负载电阻对晶体振荡器工作的影响 2．做本实验时所用到的仪器： ●晶体振荡器模块 ●双踪示波器 ●频率计 ●万用表 二、实验目的 1．熟悉电子元器件和高频电子线路实验系统。 2．掌握石英晶体振荡器、串联型晶体振荡器的基本工作原理，熟悉其各元件功能。 3．熟悉静态工作点、负载电阻对晶体振荡器工作的影响。 4．感受晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的方法。 三、实验内容 1．用万用表进行静态工作点测量。 2．用示波器观察振荡器输出波形，测量振荡电压 峰-峰值V p-p ，并以频率计测量振荡频率。 3．观察并测量静态工作点、负载电阻等因素对晶 体振荡器振荡幅度和频率的影响。 四、基本原理 1．晶体振荡器工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。图中，若将晶体短路,则L 1、C 2 、C 3 就构成

了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振 荡器电路（共基接法）。若取L 1=4.3μH、C 2 =820pF、C 3 =180pF，则可算得LC并联谐振回路 的谐振频率f0≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中， C5是耦合（隔直流）电容，R5是负载 电阻。很显然，R 5 越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 2．晶体振荡器电路 晶体振荡器电路如图4-2所示。图中，4R03、4C02为去耦元件，4C01为旁路电容，并 构成共基接法。4W 01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。4C 05 为输出耦合 电容。4Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。 五、实验步骤 1．实验准备 在实验箱主板上插好晶振模块，接通实验箱上电源开关，按下开关4K01，此时电源指示灯点亮。 2．静态工作点测量 改变电位器4W01可改变4Q01的基极电压V B ，并改变其发射极电压V E 。记下V E 的最大、

晶振的基本原理及特性(精)

晶振的基本原理及特性 晶振的基本原理及特性 晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。 分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。因而能“压控”的频率范围也越小。实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，

非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。 采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。 晶振的指标 总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。 说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。例如：精密制导雷达。 频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。图中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。

晶振振荡器电路

在该应用手册中，我们将讨论我们推荐给您的晶振电路设计方案，并解释电路中的各个元器件的具体作用，并且在元器件数值的选择上提供指导。最后，就消除晶振不稳定和起振问题，我们还 将给出一些建议措施。 图1所示为晶振等效电路。R 为ESR(串联等效阻抗)。L 和C 分别是晶振等效电感和等效电容。C P 是晶振的伴生电容，其极性取决于晶振的极性。图2所示为晶振的电抗频谱线。当晶振在串联谐振状态下工作时，线路表现为纯阻性，感抗等于容抗(XL = XC)。串联谐振频率由下式给出 LC f S π21= 当晶振工作在并联谐振模式时，晶振表现为感性。该模式的工作频率由晶振的负载决定。对于并联谐振状态的晶振，晶振制造商应该指定负载电容C L 。在这种模式下，振动频率由下式给出 P L P L C C C C L fa += π21 图 1. 晶振等效电路. 图 2. 晶振的电抗频谱线.

在并联谐振模式下，电抗线中fs 到fa 的斜线区域内，通过调整晶振的负载，如图2，晶振都可以振荡起来。MX-COM 所有的晶振电路都推荐使用并联谐振模式的晶振。 图3所示为推荐的晶振振荡电路图。这样的组成可以使晶振处于并联谐振模式。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；并且由晶振，R1，C1和C2组成的π型网络产生另外180°的相移。所以整个环路的相移为360°。这满足了保持振荡的一个条件。其它的条件，比如正确起振和保持振荡，则要求闭环增益应≥1。 反相器附近的电阻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。电阻值很高，范围通常在500K ? ~2M ?内。MXCOM 的有些芯片内置有电阻，对于具体的芯片，请参考其外部元器件选用说明书。 对晶振来讲，C1和C2组成负载电容。和晶振来匹配最好的电容(C L )，晶振厂家都有说明。C1和C2的计算式为 S L C C C C C C ++?=2 121 这里C S 是PCB 的漂移电容（stray capacitance ），用于计算目的时，典型值为5pf 。现在C1和C2选择出来满足上面等式。通常选择的C1和C2是大致相等的。C1和/或C2的数值较大，这提高了频率的稳定性，但减小了环路增益，可能引发起振问题。 R1是驱动限流电阻，主要功能是限制反相器输出，这样晶振不会被过驱动（over driven ）。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。这使晶振只取得反相器输出信号的一半。要一直保证晶振消耗的功率在厂商说明书规定范围内。过驱动会损坏晶振。请参考晶振厂商的建议。 理想情况下，反相器提供180°相移。但是，反相器的内在延迟会产生额外相移，而这个额外相移与内在延迟成比例。为保证环路全相移为n360°，π 型网络应根据反相器的延迟情况，提供小于180°的相移。R1的调整可以满足这一点。使用固定大小的C1和C2，闭环增益和相位可随R1变化。如果上述两个条件均得到了满足，在一些应用中，R1可以忽略掉。 图 3. 晶振电路