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電容和電阻與晶振如何搭配運(yùn)作？

作者：揚(yáng)興科技日期：2024-11-27 瀏覽量：

晶振和電容的關(guān)系

眾所周知，電容的基本功能在于儲(chǔ)存電荷并實(shí)現(xiàn)充電與放電過(guò)程。而在晶振電路中，負(fù)載電容與晶振之間存在著緊密的相互作用關(guān)系。

晶振的匹配電容，我們可以簡(jiǎn)單地稱(chēng)它為“負(fù)載電容”。想象一下，這個(gè)負(fù)載電容就像是晶振的一個(gè)小助手，幫助晶振開(kāi)始工作。

晶振，就像是一個(gè)需要伙伴才能跳舞的人，而這個(gè)伙伴就是負(fù)載電容。晶振有兩條線(xiàn)，這兩條線(xiàn)會(huì)連接到IC塊（一個(gè)集成電路塊）里面，那里有一些有效的電容。為了讓晶振能夠正常工作，我們需要在晶振的外面再接上一個(gè)電容，這個(gè)電容就是負(fù)載電容。

負(fù)載電容的作用很重要，它就像是一個(gè)橋梁，連接著晶振和電路之間的分布電容。只有當(dāng)這個(gè)橋梁讓晶振兩端的電容加起來(lái)等于負(fù)載電容的時(shí)候，晶振才能開(kāi)始工作。這個(gè)“開(kāi)始工作”的過(guò)程，我們可以想象成晶振在充電，然后它就開(kāi)始跳舞了——也就是起振。

小tips：如果工程師在選購(gòu)晶振時(shí)，最好把所需的負(fù)載電容等重要參數(shù)，也跟采購(gòu)說(shuō)明，那么采購(gòu)在晶振選型過(guò)程中，會(huì)減少很多選型彎路。晶振的負(fù)載不能確認(rèn)的話(huà)，電容很難匹配，起振電容無(wú)法充電放電，晶振也就起振不了；當(dāng)分布電容與晶振電容值是相等時(shí)，就可以讓晶振發(fā)出諧振頻率了。電容大小能影響晶振頻率的穩(wěn)定度和相位，越小價(jià)格也會(huì)越高。所以這個(gè)負(fù)載還決定著晶振本身的一個(gè)價(jià)格。

晶振和電阻的關(guān)系

1、配合IC內(nèi)部電路組成負(fù)反饋、移相,使放大器工作在線(xiàn)性區(qū)晶振輸入輸出連接的電阻作用是產(chǎn)生負(fù)反饋，保證放大器工作在高增益的線(xiàn)性區(qū)，同時(shí)起到限流的作用，防止反向器輸出對(duì)晶振過(guò)驅(qū)動(dòng)，損壞晶振。

想象一下，你有一個(gè)放大器，它的作用是把聲音或信號(hào)變大。但是，如果聲音或信號(hào)變得太大，它就會(huì)失真，就像你大聲喊叫時(shí)，聲音會(huì)變得刺耳一樣。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們給放大器加上了一個(gè)“小助手”——一個(gè)電阻。

這個(gè)電阻它可以幫助我們調(diào)整放大的程度，確保信號(hào)既被放大了，又不會(huì)失真。同時(shí)，這個(gè)電阻還能防止放大器過(guò)度工作，從而保護(hù)它不受損壞。但是，僅僅放大信號(hào)還不夠，我們還需要讓信號(hào)像鐘擺一樣來(lái)回?cái)[動(dòng)，這樣才能產(chǎn)生振蕩。而這個(gè)電阻就能幫助放大器在“線(xiàn)性區(qū)”工作，這個(gè)區(qū)域就像是放大器最適合工作的“舒適區(qū)”，在這里，放大器可以穩(wěn)定地放大信號(hào)，并產(chǎn)生我們需要的振蕩。

對(duì)于不同類(lèi)型的放大器（比如CMOS和TTL），這個(gè)“小助手”的阻值可能會(huì)有所不同。CMOS放大器通常需要一個(gè)較大的電阻（比如1M以上），而TTL放大器則可能需要根據(jù)其類(lèi)型來(lái)調(diào)整。不過(guò)，有些特殊的放大器（比如某些微處理器中的放大器），它們內(nèi)部已經(jīng)自帶了這個(gè)“小助手”，所以我們就不需要再額外添加了。

2、晶振串聯(lián)的電阻常用來(lái)預(yù)防晶振被過(guò)分驅(qū)動(dòng)；

具體來(lái)說(shuō)，晶振上的電鍍會(huì)因?yàn)檫^(guò)度的力量而逐漸磨損，這會(huì)導(dǎo)致晶振的頻率變高，就像是機(jī)器轉(zhuǎn)得太快了一樣。如果晶振被過(guò)度驅(qū)動(dòng)，這種過(guò)度的力量還會(huì)讓晶振提前壞掉，就像機(jī)器因?yàn)檫^(guò)度使用而提前報(bào)廢一樣。

為了避免這種情況，我們需要調(diào)整一個(gè)叫做“drive level”的東西，也就是驅(qū)動(dòng)水平。這個(gè)驅(qū)動(dòng)水平就像是給晶振的力量大小，我們得找到一個(gè)合適的力量，既能讓晶振正常工作，又不會(huì)讓它受到傷害。

同時(shí)，我們還需要考慮“發(fā)振余裕度”，這就像是給晶振留一點(diǎn)“備用力量”。這樣，即使在一些特殊情況下，晶振也能保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

3、并聯(lián)降低諧振阻抗,使諧振器易啟動(dòng)；

想象一下，Xin（輸入端）和Xout（輸出端）里面藏著一個(gè)叫做“施密特反相器”的小裝置。這個(gè)小裝置有個(gè)特點(diǎn)，就是它不能自己?jiǎn)?dòng)晶體震蕩，就像是一個(gè)小孩子不能自己推動(dòng)一個(gè)大輪胎滾動(dòng)一樣。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們?cè)诜聪嗥鞯膬啥思恿艘粋€(gè)電阻，這個(gè)電阻就像是一個(gè)“助手”，它能幫助反相器把輸出的信號(hào)反過(guò)來(lái)（也就是180度翻轉(zhuǎn)），然后再送回給輸入端。這樣，就形成了一個(gè)反饋回路。

接著，我們把晶體并聯(lián)在這個(gè)電阻上。晶體和電阻就像是兩個(gè)小伙伴，他們一起工作，降低了諧振的阻抗，就像是給輪胎加了點(diǎn)潤(rùn)滑油，讓它更容易滾動(dòng)起來(lái)。這樣，諧振器就更容易啟動(dòng)了。

而且，這個(gè)電阻還有一個(gè)好處，就是它能讓反饋回路的交流等效按照晶體的頻率來(lái)諧振。因?yàn)榫w的品質(zhì)因數(shù)（Q值）非常高，所以即使電阻的值在很大的范圍內(nèi)變化，也不會(huì)影響輸出的頻率，就像是給輪胎加了一個(gè)穩(wěn)定的“動(dòng)力源”，讓它能夠保持穩(wěn)定的滾動(dòng)速度。