時鐘信號為CMOS電平輸出,頻率等于晶振的并聯諧振頻率。74HC04在這里相當于一個有很大增益的放大器;R2是反饋電阻,取值一般≥1MΩ,它可以使反相器在振蕩初始時處于線性工作區,不可以省略,否則有時會不能起振。R1作為驅動電位調整之用,可以防止晶振被過分驅動而工作在高次諧波頻率上。C1、C2為負載電容,實際上是電容三點式電路的分壓電容,接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點,輸入和輸出是反相的,但從并聯諧振回路即石英晶體兩端來看,形成一個正反饋以保證電路持續振蕩。C1、C2會稍微影響振蕩頻率。
74HC04可以用74AHC04或其它CMOS電平輸入的反相器代替,不過不能用TTL電平輸入的反相器,因為它的輸入阻抗不夠大,遠小于電路的反饋阻抗。
實際使用時要處理好R1和R2的值,經試驗,太小的R1或太大的R2會有可能導致電路工作在晶振的高次諧振頻率上(常見的是3次諧波,10MHz的晶振會產生30MHz的頻率輸出)。對于10MHz的晶振,采用R1=220Ω、R2=1MΩ可以使電路穩定輸出10MHz的方波時鐘信號。
最后,不要忘記,74HC04中未使用的輸入引腳要接地或VCC。
晶振電路
用反向器(74LS00)與晶振、兩個小電容、一個大電阻。用的是典型電路,可在示波器上就是不振?
HC的或HCT的才行,如果電容小的話,應該用MOS輸入的門。LS芯片的最高截止頻率沒問題,原因是LS芯片需一個百歐級偏置電阻才能達到線性狀態,此時增益又不夠。
HC和LS速度上并無區別(最大40兆),問題出在振蕩電路是將非門當成線性反向放大器來使用。HC只要加個10兆電阻即可,此時仍有足夠的放大倍數(約100)。LS加個1兆電阻仍是非線性狀態,不可能振蕩,需要5千才能線性,但此時負反饋太深,放大倍數過小(小于10),仍不可能振蕩。
原先CMOS比TTL的速度低,高速CMOS與TTL的速度低錯不多,由于CMOS的優點工耗低,故得以發展,HC就是高速CMOS,但TTL的可靠性要好(短路不會燒掉,CMOS就不同啦)。
我想很多的單片機愛好者對晶振兩邊要接22或者30pF的電容不理解,因為電容有些時候是可以不要的。 其實單片機和其他一些IC的振蕩電路的真名叫“三點式電容振蕩電路”,如下圖
Y1是晶體,相當于三點式里面的電感,C1和C2就是電容,5404非門和R1實現一個NPN的三極管,接下來分析一下這個電路。5404必需要一個電阻,不然它處于飽和截止區,而不是放大區,R1相當于三極管的偏置作用,讓5404處于放大區域,那么5404就是一個反相器,這個就實現了NPN三極管的作用,NPN三極管在共發射極接法時也是一個反相器。大家知道一個正弦振蕩電路要振蕩的條件是,系統放大倍數大于1,這個容易實現,相位滿足360度,與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就被放大了。
? ? ? ? ? ?接下來主要講解這個相位問題: 5404因為是反相器,也就是說實現了180°移相,那么就需要C1,C2和Y1實現180°移相就可以,恰好,當C1,C2,Y1形成諧振時,能夠實現180移相,這個大家可以解方程等,把Y1當作一個電感來做。也可以用電容電感的特性,比如電容電壓落后電流90°,電感電壓超前電流90°來分析,都是可以的。當C1增大時,C2端的振幅增強,當C2降低時,振幅也增強。有些時候C1,C2不焊也能起振,這個不是說沒有C1,C2,而是因為芯片引腳的分布電容引起的,因為本來這個C1,C2就不需要很大,所以這一點很重要。
? ? ? ? ? 接下來分析這兩個電容對振蕩穩定性的影響。因為5404的電壓反饋是靠C2的,假設C2過大,反饋電壓過低,這個也是不穩定,假設C2過小,反饋電壓過高,儲存能量過少,容易受外界干擾,也會輻射影響外界。C1的作用對C2恰好相反。因為我們布板的時候,假設雙面板,比較厚的,那么分布電容的影響不是很大,假設在高密度多層板時,就需要考慮分布電容。
? ? ? ? 有些用于工控的項目,建議不要用無源晶振的方法來起振,而是直接接有源晶振。也是主要由于無源晶振需要起振的原因,而工控項目要求穩定性要好,所以會直接用有源晶振。在有頻率越高的頻率的晶振,穩定度不高,所以在速度要求不高的情況下會使用頻率較低的晶振。
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