在电子学上,通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”(如有源音箱、有源滤波器等),而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。电脑中的晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。无源晶振是有2个引脚的无极性元件,需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。
有源晶振通常的用法:一脚悬空,二脚接地,三脚接输出,四脚接电压。
有源晶振不需要DSP的内部振荡器,信号质量好,比较稳定,而且连接方式相对简单(主要是做好电源滤波,通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络,输出 端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。相对于无源晶体,有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,灵活性较 差,而且价格高。
有源晶振是右石英晶体组成的,石英晶片之所以能当为振荡器使用,是基于它的压电效应:在晶片的两个极上加一电场,会使晶体产生机械变形;在石英晶片上加上 交 变电压,晶体就会产生机械振动,同时机械变形振动又会产生交变电场,虽然这种交变电场的电压极其微弱,但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与 晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为“压电谐振”。
压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。图3是一个串联型振荡器,晶体管T1和T2构成的两级放大器,石英晶体XT与电容C2构成LC 电 路。在这个电路中,石英晶体相当于一个电感,C2为可变电容器,调节其容量即可使电路进入谐振状态。该振荡器供电电压为5V,输出波形为方波。
晶振与复位常用电路图
单片机系统必须要时钟脉冲的,他的作用就像心跳或者钟表的滴答。时钟脉冲由内部RC振荡电路(有的单片机内没有)产生或外部晶振电路产生。内部RC振荡电路在此不过多阐述。下面我们来说下外部晶振电路。
外部晶振电路如图所示。除了晶振外还有两个电容。这两个电容一般容值比较小,约十几二十几皮法,有起振作用,一般称之为匹配电容或谐振电容。不同芯片、不同晶振组合场合,根据谐振负载,需要选择合适的的电容才能满足晶振的起振要求,单片机才能正常运行。选择合适的匹配电容有个公式,如下:
CL = C1*C2 / (C1+C2) + CS
CL为晶振的负载电容值,通过查询晶振的数据手册可以获得,CS为电路板的寄生电容,我们一般取 3~5pF,取C1 = C2,那么公式可以简化成如下:
CL = C1 / 2 + CS
晶振电路