【導(dǎo)讀】通常,我們會將“晶體”(Crystal)和“晶振”(Oscillator)都叫成“晶振”,這種叫法并不恰當(dāng)。無源晶體是有兩個引腳的無極性元件。正常工作時,需要借助外部電路產(chǎn)生振蕩信號,自身并不需要單獨外加電源。而有源晶振一般有四個引腳,其內(nèi)部集成石英晶體、晶體管、電阻電容等元件。晶振是一個完整的振蕩器,只需要外加適當(dāng)電源就能正常工作,無需其他外加電路。
圖1:晶體和晶振
1. 成本分析
在設(shè)計時,工程師要盡可能的降低設(shè)計成本,從表1中看出這種晶體轉(zhuǎn)晶振的電路可以使晶振的成本降低60%。
2. 晶體變晶振
采用晶體外加無緩沖反相器等元件組成晶振電路,原理及元件如圖2。
電路中電阻和電容的選擇取決于反向器增益、頻率穩(wěn)定性、功耗、晶體特性和啟動時間等,推薦參數(shù)如表2。
U1:增加U1B主要是為了增大輸出能力。無緩沖反相器的型號可以選擇NXP、ON、TI等廠家的雙反相器芯片。
RF:反向器的反饋電阻,它將反向器偏置在線性區(qū)域內(nèi)。選擇的RF值需要足夠大,以便反向器的輸入阻抗可以與晶體匹配。通常情況下,選擇的值在1M?與10M?之間。
RS:將反向器的輸出與晶體隔離開來,防止寄生高頻振蕩,以便獲得良好的波形。通過選擇大約等于容抗的值(RS≈XC2)可以獲得可以接受的結(jié)果。
C1、C2:選擇C1和C2的值時,要使C1和C2的并聯(lián)值等于晶體數(shù)據(jù)表中指定的建議負(fù)載電容 (CL)。另外,電容的選擇還關(guān)系到晶振的啟動時間、相移、諧振頻率等。
3. 參數(shù)測試
測試電路時,我們選用了三種不同頻率的晶體(見表3)和三個廠家的無緩沖反相器進(jìn)行組合測試,測試結(jié)果見表4。
頻率:由晶振的調(diào)整頻差(25℃±2℃)可以知道,晶體頻率在其容忍頻率范圍內(nèi)變動是允許的。表4中的測試頻率均在允許范圍內(nèi),并且變動范圍較小。
占空比: 數(shù)字系統(tǒng)對占空比要求并不嚴(yán)格,如果用在精確占空比的場合,用戶需要對該參數(shù)進(jìn)行篩選和測試。
啟動時間:使用示波器的電平觸發(fā)功能,測量從系統(tǒng)上電到輸出穩(wěn)定波形的時間。
高低溫測試:根據(jù)晶體的工作溫度,分別測試和記錄了電路在85℃、70℃、50℃、25℃、0℃、-20℃、-40℃下的輸出頻率、占空比等參數(shù),晶振均能順利啟振并參數(shù)正常。由于數(shù)據(jù)較多,篇幅有限,這里就不再列舉。
4. 結(jié)論
利用無源晶體的有源晶振不僅技術(shù)上可行,而且可以降低成本。
5. 應(yīng)用場合
TI在2011年針對工業(yè)控制領(lǐng)域推出了低成本,高性能的Cortex-A8內(nèi)核AM335x系列處理器,致遠(yuǎn)電子采用AM335x處理器,推出了采用郵票孔封裝的M3352_YP核心板以滿足客戶高穩(wěn)定性的需求。
圖3:M3352郵票孔核心板
當(dāng)客戶M3352_YP做外圍電路時,如需要使用百兆以太網(wǎng)功能,需要外加PHY電路,PHY芯片通??梢赃x擇DSZ8041或者DP83848,在使用RMII接口時,無論選擇何種型號的PHY芯片,都需要為PHY芯片提供一路50MHz的CLK信號。為了降低成本可以采用50.000M晶體+NL27WZU04的方式為PHY提供50.000M的時鐘源。
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