数字电路的时钟信号源:无源晶振电路与有源晶振电路对比

关于数字电路的时钟信号源:无源晶振电路与有源晶振电路对比如下:

对于数字电路中基于时钟信号才能工作的芯片来说,有两种选择:

  •  芯片内置时钟电路,通过编程器配置或外部设置就能产生时钟信号,内部时钟往往频率精度较低。
  •  外接晶振电路产生时钟信号。由晶振提供的时钟信号具备高精度及高稳定性等特点。

外部晶振电路分为无源晶振电路和有源晶振电路两种类型可选:

无源晶振电路

注:本电路图仅为范例,在晶振实际应用电路中,8MHz无源晶振外接电容取值应参考晶振负载电容CL及电路板杂散电容。

数字电路的时钟信号源:无源晶振电路与有源晶振电路对比

无源晶振提供的时钟电路是通过无源晶振(石英晶体谐振器)增加两个匹配电容(别称:起振电容、接地电容、外接电容等,一般在10-30PF左右),再配合芯片内部的振荡电路产生时钟信号。

有源晶振电路

数字电路的时钟信号源:无源晶振电路与有源晶振电路对比

此种时钟电路是通过有源晶振(石英晶体振荡器)直接接上电源就能产生时钟信号。

关于电路中用选用哪一种晶振,则主要取决于芯片方案的参考设计及稳定性要求。与无源晶振相比,有源晶振的突出特点是稳定性更好。分析如下:

无源晶振(石英晶体谐振器)的应用

无源晶振的两个时钟引脚接到芯片的时钟输入(Xin)入及输出脚(Xout),同时需要增加两个匹配电容使用。产生的时钟频率除了由晶振本身决定,主要还受两个匹配电容值及电路板产生的杂散电容的影响,芯片本身或多或少对频率也有轻微影响。时钟波形幅度除由晶振本身决定,芯片内的振荡电路对其也会产生影响。

有源晶振(石英晶体振荡器)的应用

有源晶振电路比较点单,给电压输入脚提供额定电源,频率输出脚接到芯片时钟输入脚,即可产生所需时钟信号。有源晶振产生的时钟信号的频率或波形完全取决于有源晶振本身,其特点是不受其它参数影响,驱动能力强,可以同时带多个芯片。对于有源晶振来说,确定了频率、工作电压及频率精度,一般情况下就可以了。

关于无源晶振的负载电容和匹配电容(外接电容)注意事项

1、在实际应用中,对于负载电容CL和实际电路中接的两个用于调整频率的匹配电容,大家非常容易搞混,需要特别注意一下。

2、对于无源晶振,常规的电容值一般在10pF–30PF之间(22pF~ 27PF)选用较多,简单的应用实际上这些值都可以选用,但是对于要求较高或当出现异常时我们需要精准分析。

3、匹配电容一般情况下主要是对频率进行调节,偏大或偏小都会对频率有一定影响,但是若差的非常远则会导致频率直接误差远超出正常值,造成电路工作不正常或直接停止工作。对于要求高的电路或易出问题的电路,匹配电容不可轻视。对于无源晶振,如果是有特别要求的电路芯片,需要提出负载电容的要求,甚至直接在实际电路中配合固定的匹配电容值,现场测试出频率参数。如有异常或精度不足再由厂家进行调整以达到匹配芯片时钟电路的最佳状态,如蓝牙、WIFI、GPS及RF射频类产品。

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