芯片/单片机/MCU/CPU无源晶振输入输出定义

晶振知识

芯片/单片机/MCU/CPU无源晶振输入输出常见命名,举例如下:

STMicroelectronics(意法半导体):OSC_IN 和 OSC_OUT

NXP(恩智浦):XTALI 和 XTALO

Microchip(微芯):OSC1 和 OSC2

芯片/单片机/MCU/CPU无源晶振输入输出定义

皮尔斯振荡电路

无源晶振(Crystal)

角色:频率控制元件。

特性:没有极性,两个引脚在电气上对称。但在PCB布局中,建议将其外壳的接地焊盘(如果有)可靠接地,以增强抗干扰能力。

负载电容(C1, C2)

作用:与晶振的等效电容一起,构成谐振回路,决定了振荡器的实际工作频率。其值必须严格按照晶振手册和单片机要求选取。

公式:CL(负载电容) = (C1 * C2) / (C1 + C2) + Cstray

CL 是晶振规格书上要求的负载电容值(常见的有12pF, 18pF, 20pF等)。

Cstray 是PCB走线和引脚带来的寄生电容(通常估算为2-5pF)。

注:

XTAL_IN(引脚名称可能为:XTAL1, OSC_IN, XI)

角色:输入端,反馈引脚。

功能:接收来自晶振的微小正弦波信号,并将其送入内部放大器的输入端。该引脚的输入阻抗很高,对信号非常敏感。

外部连接:必须连接一个负载电容(C1) 到地。此电容是振荡回路不可或缺的部分。

XTAL_OUT(引脚名称可能为:XTAL2, OSC_OUT, XO)

角色:输出端,驱动引脚。

功能:将内部放大器放大后的信号输出,以驱动晶振产生机械振动,为整个振荡回路提供能量补偿。

外部连接:通常情况下,必须连接一个负载电容(C2) 到地,此电容是振荡回路不可或缺的部分。

单片机内部集成了一套完整的反相放大器电路(一个增益很高的数字反相器,工作在线性区)。无源晶振与单片机共同构成了一个 “皮尔斯振荡器”。

芯片/单片机/MCU/CPU无源晶振输入输出定义

皮尔斯振荡电路

在这个电路中:

引脚1(XTAL_IN):是放大器的输入端,也是振荡电路的反馈输入端。引脚2(XTAL_OUT):是放大器的输出端,用于驱动晶振。

形象比喻:

把振荡电路看作一个需要维持摆动的秋千。

XTAL_OUT 就像 “推手”,持续给秋千(晶振)施加能量。XTAL_IN 就像 “传感器”,检测秋千摆动的位置和速度,并告诉“推手”何时该推。

晶振就是秋千本身,以其固有的物理频率(晶振标称频率)进行谐振。两个负载电容(C1, C2) 就像秋千绳长的微调器,帮助精确匹配到标称频率。

芯片/单片机/MCU/CPU无源晶振输入输出定义

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