Geyer石英振荡器的使用

Geyer石英振荡器的使用

电子组件的开发人员经常面临的问题是，应该使用石英振荡器还是石英晶体。必须满足各种边界条件，如空间要求，频率稳定性，器件成本和开发成本。

模拟设计的小批量或缺乏容量-使用振荡器！

使用石英晶体，开发人员原则上可以建立自己的振荡器电路。那么，为什么振荡器经常被用作简单应用中的时钟呢？或者在微控制器已经允许使用带有内部有源组件的石英的情况下？其原因不仅在于所需的频率稳定性。在整个温度范围内定义的响应行为和操作可靠性通常更为重要。对于石英，为了使电路与石英相匹配并确保安全运行，需要付出一定的努力。在小批量的情况下，节省增加的开发工作和使用更昂贵的振荡器而不是石英是更有利的。当使用石英晶体振荡器时，不需要调整石英所需的元件。这也节省了PCB上的空间。振荡器可随时获得，例如尺寸为7.0x5.0mm或更小的SMD设计。有关如何连接外部振荡器的信息，请参阅微控制器数据手册。

只有在数量非常大的情况下，当振荡器还没有存在于电路板上的IC内部，并且空间足够大时，使用单个元件和石英自建振荡器在经济上是有意义的。

Geyer石英振荡器的使用

大批量--石英是最好的选择！

石英的使用在大批量的情况下具有成本优势。在大多数情况下，微控制器已经包含一个有源元件，允许用一个石英和几个无源元件配置振荡器。IC制造商的用户信息提供了一些电路的基本信息，但往往忽略了重要的细节，例如。允许的石英应力或石英外围设备的适当尺寸。

从大约40MHz开始，通常使用泛音石英。这些都需要电路预防措施来防止基音上的振荡。应特别仔细地确定带有泛音石英的电路的尺寸，并检查其运行行为。

这种配置是最常见的。图2（上图下一页）显示了左图中的基本配置，它可以用一个简单的石英晶体管代替逆变器来实现，以获得180°的相移和增益。另外180°必须由一个反馈网络提供，该网络由石英，两个电容C1和C2以及一个电阻RV组成。因此，总的结果是360°，与适当的增益一起满足振动条件。

对于微控制器，通常已经包含了这种皮尔斯振荡器电路的逆变器。

这使得将振荡器而不是石英连接到OSC1并保持OSC2打开变得非常容易。

电阻RV可以，部分。作为逆变器的输出阻抗和/或作为集成电阻已经包含在微控制器中。这同样适用于调节直流工作点的高阻抗RGK。不幸的是，半导体制造商对此几乎没有提供任何信息。

C1，石英，C2和RV构成与频率相关的反馈网络。选择C1，C2和Rv的方式应使石英的总负载容量合适，同时不超过石英的最大允许负载。这可以特别调整与房车。许多处理器制造商已经在逆变器输出端集成了一个电阻，但是，如果数据手册中没有关于阻抗和电压电平的信息，则建议放置一个（额外的）外部电阻。只有在了解逆变器输出端参数的情况下，才能获得最佳的相位和振荡特性，并避免超过允许的石英负载。

将C1和C2设置为相同的大小（例如，分别设置为负载容量的两倍）是没有意义的。C2对频率的影响比C1小得多，因为C2与RV或RV一起工作。逆变器有效地将输出阻抗转换为更高的电容值。因此，不可能从电容C1和C2的简单串联公式中确定与指定负载电容相对应的值。最好从一开始就选择至少大于2-3倍的C2，并将C1设置为等于或仅略大于规定的负载电容。由此产生的C2与C1的比值同时导致逆变器输出端的低阻抗电平到高阻抗逆变器输入的合理变换。

微控制理工的微控制机

如果微控制器的连接器配置为COLPITTS电路（图3），则原理与皮尔斯石英晶体振荡器相似：必须特别注意尺寸。

如有必要，这里甚至可以添加额外的组件，例如。与石英串联的电容是必要的，以满足石英负载电容。请与我们的开发部门联系以确定。

Geyer石英振荡器的使用

只有一个振荡器连接器的微控制器

有时微控制器的数据手册显示石英与电容器串联（图4）。在这种情况下，石英的负载电容可以通过串联电容C1的值来匹配。

应始终检查冲击储备

为了检查电路中的石英是否安全振荡，一个电阻被手工焊接到石英上。SMD电阻最适合这一目的。即使电阻值比石英的最大谐振电阻高一个预先设定的因子X，电路也必须振荡。这可以在数据手册中找到，并指定为ESRmax或R1max。在整个工作温度范围内，因子X应至少为3，对于特定行业，更高的值X也是合适的。

图5：通过手动在石英的一个端子上焊接一个小体积贴片晶振电阻来检查冲击储备。

如果数量较少，出于经济原因，建议使用振荡器而不是石英。振荡器连接简单，操作安全。对于较大的数量，微控制器上较便宜的石英通常用作时钟。描述了如何选择和测量所需的外部无源元件的过程。此外，还介绍了一种简单的测试方法来检查冲击储备。