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在MCU晶體兩邊各接一對(duì)地電容的原因

jf_pJlTbmA9 ? 來源:單片機(jī)與嵌入式 ? 作者:單片機(jī)與嵌入式 ? 2023-10-24 17:25 ? 次閱讀

很多MCU開發(fā)者對(duì)MCU晶體兩邊要各接一個(gè)對(duì)地電容的做法表示不理解,因?yàn)檫@個(gè)電容有時(shí)可以去掉。參考很多書籍,卻發(fā)現(xiàn)書中講解的很少,提到最多的往往是:對(duì)地電容具穩(wěn)定作用或相當(dāng)于負(fù)載電容等,都沒有很深入地去進(jìn)行理論分析。

另外一方面,很多愛好者都直接忽略了晶體旁邊的這兩個(gè)電容,他們認(rèn)為按參考設(shè)計(jì)做就行了。但事實(shí)上,這是MCU的振蕩電路,又稱“三點(diǎn)式電容振蕩電路”,如下圖所示。

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MCU三點(diǎn)式電容振蕩電路

其中,Y1是晶體,相當(dāng)于三點(diǎn)式里面的電感;C1和C2是電容,而5404和R1則實(shí)現(xiàn)了一個(gè)NPN型三極管(大家可以對(duì)照高頻書里的三點(diǎn)式電容振蕩電路)。相關(guān)推薦:單片機(jī)中晶振的工作原理是什么?

接下來將為大家分析一下這個(gè)電路

首先,上面電路圖中5404必須搭一個(gè)電阻,不然它將處于飽和截止區(qū),而不是放大區(qū),因?yàn)镽1相當(dāng)于三極管的偏置作用,能讓5404處于放大區(qū)域并充當(dāng)一個(gè)反相器,從而實(shí)現(xiàn)NPN三極管的作用,且NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。

其次將用通俗的方法為大家講解一下這個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路的工作原理。

眾所周知,一個(gè)正弦振蕩電路的振蕩條件為:系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1,這個(gè)條件較容易實(shí)現(xiàn);但另一方面,還需使相位滿足360°。而問題就在于這個(gè)相位:由于5404是一個(gè)反相器,因此已實(shí)現(xiàn)了180°移相,那么就只需C1、C2和Y1再次實(shí)現(xiàn) 180°移相就可以了。恰好,當(dāng)C1、C2和Y1形成諧振時(shí),就能實(shí)現(xiàn)180移相;最簡單的實(shí)現(xiàn)方式就是以地作為參考,諧振的時(shí)候,由于C1、C2中通過的電流相同,而地則在C1、C2之間,所以恰好電壓相反,從而實(shí)現(xiàn)180移相。

再則,當(dāng)C1增大時(shí),C2端的振幅增強(qiáng);當(dāng)C2降低時(shí),振幅也增強(qiáng)。有時(shí)即使不焊接C1、C2也能起振,但這種現(xiàn)象不是由不焊接C1、C2的做法造成的,而是由芯片引腳的分布電容引起,因?yàn)镃1、C2的電容值本來就不需要很大,這一點(diǎn)很重要。

那么,這兩個(gè)電容對(duì)振蕩穩(wěn)定性到底有什么影響呢?

由于5404的電壓反饋依靠C2,假設(shè)C2過大,反饋電壓過低,這時(shí)振蕩并不穩(wěn)定;假設(shè)C2過小,反饋電壓過高,儲(chǔ)存能量過少,則容易受外界干擾,還會(huì)輻射影響外界。而C1的作用與C2的則恰好相反。在布板的時(shí)候,假設(shè)為雙面板且比較厚,那么分布電容的影響則不是很大;但假設(shè)為高密度多層板時(shí),就需要考慮分布電容,尤其是VCO之類的振蕩電路,更應(yīng)該考慮分布電容。

因此,那些用于工控的項(xiàng)目,建議最好不要使用晶體振蕩,而是直接接一個(gè)有源的晶振。

很多時(shí)候大家會(huì)采用32.768K的時(shí)鐘晶體來做時(shí)鐘,而不是通過單片機(jī)的晶體分頻來做時(shí)鐘,其中原因想必很多人也不明白,其實(shí)上這是和晶體的穩(wěn)定度有關(guān):頻率越高的晶體,Q值一般難以做高,頻率穩(wěn)定度也比較差;而 32.768K晶體在穩(wěn)定度等各方面的性能表現(xiàn)都不錯(cuò),還形成了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),比較容易做高。另外值得一提的是,32.768K是16 bit數(shù)據(jù)的一半,預(yù)留最高1 bit進(jìn)位標(biāo)志,用作定時(shí)計(jì)數(shù)器內(nèi)部數(shù)字計(jì)算處理也非常方便。

來源:單片機(jī)與嵌入式

免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理

審核編輯 黃宇

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