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簡單的水晶振蕩器設(shè)計流程來了解一下!
水晶振蕩器的設(shè)計并不全部都是大家想象中那么復(fù)雜，也有簡易的方法，但是只針對一般的石英晶體振蕩器，越高端的振蕩器設(shè)計越繁雜。今天給各位講解的這種，是最普通的一種晶體振蕩器設(shè)計方法，一共有四個步驟。這四個流程都不難，但是要精通數(shù)字方程式，前面的技術(shù)文章中有提到過，晶振的開發(fā)和電路布局，都會用到方程式，因此工程的數(shù)學水準至少要達到中上以上的級別。設(shè)計好的晶體振蕩器電路可能很棘手。大多數(shù)應(yīng)用筆記都是針對大規(guī)模生產(chǎn)的;他們的方法需要投入大量的測試和優(yōu)化。本文適用于小型項目，可幫助您選擇晶體和電容器，從而使電路正常工作。
電路設(shè)計過程四個簡單的步驟：
1、選擇水晶
2、檢查微控制器是否可以驅(qū)動晶振
3、晶體可以處理功率損耗嗎？
4、選擇負載電容CL1和CL2
第1步：選擇一個水晶
你已經(jīng)知道你想要什么樣的水晶。稍后將討論不同晶體之間的權(quán)衡。選擇一個適合您需求但不太貼切的，您可以盡快重新審視這一步。
第2步：檢查微控制器是否可以驅(qū)動晶振
微控制器數(shù)據(jù)表為晶振選擇提供了一些指導(dǎo)。這些參數(shù)與臨界增益有關(guān)。臨界增益是微控制器電路啟動晶體振蕩器所需的最小增益。對于給定的一組頻率和負載電容，一些微控制器數(shù)據(jù)表提供了晶體允許的一組最大ESR。如果微控制器數(shù)據(jù)表提供振蕩器跨導(dǎo)（通常為uA/V）或最大臨界增益，那么我們需要計算晶體的臨界增益并檢查微控制器是否可以驅(qū)動它。
其中：
-F是晶體的標稱頻率
-ESR是晶體的等效串聯(lián)電阻
-C0是晶體分流電容
-CL是晶體的標稱負載電容
關(guān)鍵增益是晶體的特性，這些參數(shù)在石英晶體的數(shù)據(jù)表中。接下來計算增益余量。如果增益裕度大于5，則振蕩器將可靠地啟動。增益裕度越大意味著振蕩器啟動越快。
或者，一些微控制器數(shù)據(jù)表提供最大臨界增益gm_crit_max。在這種情況下，gm_crit必須小于gm_crit_max。如果微控制器不滿足驅(qū)動晶體的要求，則選擇另一個晶體。
第3步：晶體可以處理功率損耗嗎？
數(shù)據(jù)表中規(guī)定了晶振的驅(qū)動電平（DL）。驅(qū)動電平基本上是正常工作時晶體的最大額定功率。DL的粗略高估可以如下計算：
其中：
-ΔV是峰峰值石英振蕩器電壓-使用最壞情況：ΔV=Vcc
如果估算低于晶振的額定驅(qū)動電平，則轉(zhuǎn)到最后一步。如果估計值高于晶振的額定驅(qū)動電平，您可以優(yōu)化估算值（稍后參見示例）或選擇另一個晶體并再試一次。
步驟4：選擇負載電容CL1和CL2
負載電容將貼片振蕩器調(diào)諧到正確的頻率。第一次設(shè)計晶體振蕩器電路時，假設(shè)兩個負載電容并聯(lián)連接。選定的CL1=CL2=0.5*C大號。同事假定是cL1=CL2=C大號。這兩種選擇都很常見。兩者都錯了。負載電容是晶體上所需的電容，因此CL1和CL2串聯(lián)連接。
我想將其簡化為：
C雜散是微控制器引腳和走線電容的雜散電容積累。許多應(yīng)用筆記建議估計此值約為5pF。一些微控制器數(shù)據(jù)表提供了有關(guān)該值的更準確數(shù)據(jù)-例如，msp430f22x2系列指定1pF的雜散電容，這與其低功耗模型非常吻合。如果您的微控制器數(shù)據(jù)表沒有此信息，請將C雜散估計為5pF。
經(jīng)過以上這4個簡單的流程，就可以設(shè)計出最基本的振蕩器電路，但這只適合給初級晶振工程師參考使用，想要制造出一顆完美的石英晶振，這還遠遠不夠。如需了解更多的晶振資料和知識，歡迎登錄金洛鑫電子官網(wǎng)，我們每天將為你更新晶體/晶體振蕩器相關(guān)的文章，讓工程和采購對晶振知道更多，有助于晶振的使用。
