晶振电路设计
晶振电路设计
晶振电路设计
晶振电路是一种基础的时钟电路，其作用是提供可靠的、稳定的
时钟信号，用于驱动数字电路中的各种功能模块。
晶振电路的基本结
构包括晶振、共振电路和衰减补偿电路。
【晶振】
晶振是晶体振荡器的简称，是一种可以自发振荡的元器件。
晶振
的种类很多，常用的有二极管晶振、石英晶振、陶瓷晶振等。
在电路
设计中，需要根据具体的应用环境选择不同种类的晶振。
【共振电路】
共振电路是一种特殊的电路结构，可以使晶振产生强烈的振荡。
共振电路由电容器和电感器组成，通常称为谐振电路。
在晶振电路中，共振电路的设计非常关键，其参数的选择将直接影响电路的性能。
【衰减补偿电路】
衰减补偿电路是晶振电路中一个非常重要的组成部分，其作用是
为共振电路提供一定程度的电阻性质。
衰减补偿电路主要由电阻和电
容器组成，可以根据所需的衰减程度进行参数的选择。
综上所述，晶振电路的设计需要考虑多种因素，包括晶振的类型、共振电路的参数、衰减补偿电路的设计等。
在进行电路设计时，需要
根据具体的应用需求进行参数选择和优化。
基于晶振的信号源电路
基于晶振的信号源电路引言:晶振是现代电子设备中常用的一种元件，可以提供稳定且准确的时钟信号。
基于晶振的信号源电路是指利用晶振产生稳定的信号源的电路。
本文将介绍晶振的工作原理、常见的晶振类型以及基于晶振的信号源电路的设计和应用。
一、晶振的工作原理晶振是一种利用谐振原理工作的元件。
它由一个具有特定谐振频率的晶体振荡器和一个驱动电路组成。
晶体振荡器由晶体谐振器和激励电路组成，晶体谐振器是晶振的核心部件，激励电路提供激励信号以使晶体谐振器产生振荡。
当驱动电路提供合适的激励信号时，晶体谐振器会发生共振，输出稳定的振荡信号。
二、晶振的类型1. 石英晶振：石英晶振是最常见的一种晶振，具有高精度、稳定性好等特点。
它广泛应用于通信设备、计算机、电子钟等领域。
2. 陶瓷晶振：陶瓷晶振是一种成本较低的晶振，具有体积小、功耗低等特点。
它常用于电子消费品、汽车电子等领域。
3. MEMS晶振：MEMS晶振是一种基于微机电系统技术的晶振，具有体积小、抗震动等特点。
它适用于移动设备、无线传感器等领域。
三、基于晶振的信号源电路设计基于晶振的信号源电路可以根据需求设计不同的输出信号，常见的设计包括正弦波信号源、方波信号源和脉冲信号源等。
1. 正弦波信号源电路设计：正弦波信号源电路是一种输出正弦波信号的电路。
它由晶振、放大器和滤波器组成。
晶振提供稳定的振荡信号，放大器将振荡信号放大到所需的幅值，滤波器去除杂散和谐波，输出纯净的正弦波信号。
2. 方波信号源电路设计：方波信号源电路是一种输出方波信号的电路。
它由晶振、分频器和触发器组成。
晶振提供稳定的振荡信号，分频器将振荡信号分频到所需的频率，触发器将分频后的信号转换为方波信号输出。
3. 脉冲信号源电路设计：脉冲信号源电路是一种输出脉冲信号的电路。
它由晶振、计数器和触发器组成。
晶振提供稳定的振荡信号，计数器将振荡信号进行计数，触发器在计数到一定值时输出脉冲信号。
四、基于晶振的信号源电路应用基于晶振的信号源电路广泛应用于各种电子设备中。
晶振电路设计及案例分享
晶振匹配电路原理分析案例分享讲解内容：预期目的�晶振原理及分类�晶振电路分析�设计中注意事项�案例分享�掌握振荡电路的原理，了解电路元器件的作用。
�掌握时钟电路的设计。
�掌握时钟电路的调测和问题定位。
主讲人：杨万里晶体的构造晶体为什么会振荡？细节了解？晶体为什么装在金属壳中？继续振荡电路及振荡器�什么是振荡电路~_~能产生大小和方向都随周期变化的电流的电路�振荡器与“有源晶振”有源晶振是振荡器的一种�晶振选频特性很出色谐振频率（特性频率），谐振时损耗为0（或最小）-------对谐振频点的信号衰减为0（或最小（阻抗最小）。
概念互通器件的品质因数是如何定义的？高频电路中如何正确选择电感？晶振的分类按照振荡模式，晶体可分为基频晶体和泛音晶体。
��其他分类方式此处不讨论。
�为什么会有泛音晶体~_~基频晶体和泛音晶体相对来说哪种的输出时钟更�加稳定？4晶体的等效电路及说明？晶体的等效电路及说明C0-----静态（未工作时）晶片两极板之间的等小电容。
？晶体的等效电路及说明R：等效动态电阻，表述振荡过程中的能量损耗-----------对芯片端的驱动能力小值限制量化（R越小越容易起振，芯片负阻应该是R的6倍左右？）。
C0：静态（未工作时）晶片两极板之间的等小电容。
？晶体的等效电路及说明R：等效动态电阻，表述振荡过程中的能量损耗-----------对芯片端的驱动能力小值限制量化（R越小越容易起振，芯片负阻应该是R的6倍左右？）。
C0：静态（未工作时）晶片两极板之间的等小电容。
？L：表示晶片振动时的惯性晶振的等效电路及说明R：等效动态电阻，表述振荡过程中的能量损耗-----------对芯片端的驱C0：静态（未工作时）？晶片两极板之间的等小电容。
动能力小值限制量化（R越小越容易起振，芯片负阻应该是R的6倍左？右？）。
L：表示晶片振动时的惯性C：表示晶片振动时的弹性晶体的等效电路及说明手接触到晶体金属外壳会影响晶振的振荡频率，是如何变化的？如何更加准确的测量晶振的频偏？晶体的Q值为什么很高？什么是负阻？通常说的晶振（Crystal）严格的讲应该称为晶体；晶体在时钟电路中的作用究竟是什么？晶体应用电路晶体应用电路分析：R2：电阻是为了使反相放大器工作在线性状态，一定程度上避免过驱动损坏晶振。
8m无源晶振的晶振电路
8m无源晶振的晶振电路
一个8M无源晶振的晶振电路通常由一个无源晶振器和相关的
电容、电阻组成。
晶振器是一个特殊的电子元件，可以产生稳定的频率信号。
在无源晶振电路中，晶振器不需要外部的电源供电，它可以通过环境中的电磁波或其他外部信号激励产生振荡。
为了稳定晶振器的工作，通常需要将晶振器连接到电容和电阻网络上。
这个网络的作用是调节晶振器的振荡频率，并提供稳定的电压和电流。
具体的8M无源晶振电路可以设计如下：
1. 将晶振器的输入引脚连接到一个电容上。
这个电容一般称为负载电容，它的作用是提供晶振器所需的电容负载。
负载电容的数值一般由晶振器的规格决定。
2. 将晶振器的输出引脚连接到一个电容上，并将这个电容的另一端接地。
这个电容一般称为耦合电容，它的作用是对晶振器的输出信号进行直流分路，提供稳定的工作环境。
3. 将耦合电容的中间引脚连接到一个电阻上，并将这个电阻的另一端连接到晶振器的输入引脚。
这个电阻一般称为反馈电阻，它的作用是提供晶振器所需的反馈电流，维持振荡的稳定性。
4. 将晶振器的输入引脚和输出引脚分别连接到外部电路中的其
他电子元件，完成整个电路的设计。
需要注意的是，以上描述仅仅是一个简单的示意图，具体的电路设计可能还需要考虑其他因素，比如电路的功耗、EMI（电
磁干扰）等。
另外，需要注意的是，无源晶振电路只能产生振荡信号，不能对信号进行放大或者处理。
如果需要对信号进行放大或者处理，可以在晶振电路后面接入其他的电子元件，比如放大器、滤波器等。
16mhz晶振电路
16mhz晶振电路
摘要：
1.16MHz 晶振电路简介
2.16MHz 晶振电路工作原理
3.16MHz 晶振电路应用领域
4.16MHz 晶振电路设计要点
5.16MHz 晶振电路发展趋势
正文：
1.16MHz 晶振电路简介
16MHz 晶振电路是一种基于晶体振荡器（XO）的电路，它能够产生稳定、精确的16MHz 信号。
这种电路广泛应用于通信、计算机、消费电子等领域，为各类电子设备提供时钟信号。
2.16MHz 晶振电路工作原理
16MHz 晶振电路的工作原理主要是通过晶体的振动产生稳定的电信号。
首先，通过交流电源为晶体振荡器提供能量，使得晶体产生振动。
然后，通过石英晶体的压电效应，将振动转换为电信号。
最后，对电信号进行放大、整形和滤波处理，得到稳定的16MHz 信号。
3.16MHz 晶振电路应用领域
16MHz 晶振电路在众多领域有广泛的应用，如通信领域中的手机、基站等设备；计算机领域的CPU、内存等组件；消费电子领域的电视、音响等设备。
此外，16MHz 晶振电路还应用于航天、医疗、交通等领域，为各类电子
设备提供稳定的时钟信号。
4.16MHz 晶振电路设计要点
在设计16MHz 晶振电路时，需要关注以下几个要点：首先，选择合适的晶体振荡器，满足16MHz 的频率要求；其次，合理布局电路，减小噪声干扰，保证信号的稳定性；再次，选用合适的元器件，保证电路的性能和可靠性；最后，进行严格的调试和测试，确保电路满足设计要求。
5.16MHz 晶振电路发展趋势
随着科技的不断发展，对16MHz 晶振电路的性能要求越来越高。
有源晶振 内部电路
有源晶振内部电路有源晶振是一种能够自主产生电信号的晶体振荡器，它广泛应用于各种电子设备中的时钟电路、频率合成电路等。
有源晶振的内部电路设计非常精密，它由晶体振荡器、放大器和反馈电路组成。
我们来了解一下有源晶振的基本原理。
有源晶振的核心是一个晶体振荡器，它由一个晶体谐振器和一个晶体振荡电路组成。
晶体谐振器是由一个晶体片和两个电极组成的，当施加电压时，晶体片会发生压电效应，从而产生机械振动。
晶体振荡电路则是利用晶体片的振动产生的电信号经过放大器放大后，再经过反馈电路反馈给晶体谐振器，形成自激振荡。
有源晶振的内部电路设计非常关键。
首先，晶体振荡器的选择十分重要，它需要具有稳定的频率特性和较低的相位噪声。
常见的晶体材料有石英、钽酸锂等，根据具体的应用需求选择合适的晶体材料。
其次，放大器的设计也非常重要，它需要具有高增益、低噪声和高线性度。
常见的放大器有运放、差动放大器等，根据具体的应用需求选择合适的放大器。
最后，反馈电路的设计也十分关键，它需要确保振荡电路的稳定性和可靠性。
常见的反馈电路有LC反馈电路、RC反馈电路等，根据具体的应用需求选择合适的反馈电路。
有源晶振的内部电路设计需要充分考虑各种因素。
首先是工作温度范围，有源晶振的工作温度范围通常在-40°C到+85°C之间，有些特殊应用还可以达到-55°C到+125°C。
其次是供电电压，有源晶振的供电电压通常为3.3V或5V，也有一些特殊应用需要1.8V或2.5V 的供电。
此外，还需要考虑晶振的频率稳定度、相位噪声、启动时间等指标。
有源晶振的内部电路设计不仅需要满足技术要求，还需要考虑成本和体积。
通常情况下，有源晶振的成本和体积都比较低，适合大规模应用。
为了降低成本和体积，可以采用集成化的设计，将晶体振荡器、放大器和反馈电路集成在一块芯片上。
有源晶振是一种能够自主产生电信号的晶体振荡器，它的内部电路设计非常精密。
通过合理选择晶体振荡器、放大器和反馈电路，可以实现稳定的振荡信号输出。
单片机的晶振电路
单片机的晶振电路在单片机的设计中，晶振电路是一个非常重要的部分。
晶振电路通常用于提供单片机的时钟信号，以保证单片机能够按照预定的频率运行。
本文将介绍晶振电路的基本原理和常见的应用。
一、晶振电路的基本原理晶振电路是由晶体振荡器、电容和电阻等元件组成的。
晶体振荡器是晶振电路的核心部分，它能够将外部的电压信号转换为机械振荡，从而产生稳定的时钟信号。
晶体振荡器通常由晶体谐振器和放大器组成。
晶体谐振器是晶振电路中的关键元件，它能够通过在晶体中引入机械振荡来产生稳定的频率。
晶体谐振器通常由晶体和外部的电容组成，其中晶体的材料和结构决定了它的谐振频率。
晶体谐振器的谐振频率通常在几十千赫兹到几百兆赫兹之间。
放大器是晶体振荡器中的另一个重要组成部分，它能够放大晶体振荡器产生的微弱信号，从而提供足够的输出功率。
放大器通常采用晶体管或场效应管等元件实现。
二、晶振电路的工作原理晶振电路的工作原理可以分为两个阶段：启动阶段和稳定阶段。
在启动阶段，晶振电路需要一些时间来建立起稳定的振荡。
当电源通电后，晶体振荡器开始工作，并产生微弱的振荡信号。
放大器将这个微弱信号放大，并经过反馈电路的作用，使振荡信号逐渐增强。
当振荡信号达到一定的幅值之后，晶体谐振器开始工作，并产生稳定的时钟信号。
在稳定阶段，晶振电路能够以恒定的频率和幅值振荡。
晶体谐振器在外加电场的作用下，通过晶体的压电效应产生机械振荡。
这个机械振荡通过放大器放大后，再次反馈给晶体谐振器，从而保持振荡的稳定性。
三、晶振电路的应用晶振电路在单片机中有着广泛的应用。
它不仅可以提供单片机的时钟信号，还可以用于串行通信、定时测量和数据同步等功能。
在串行通信中，晶振电路可以提供精确的时钟信号，以确保数据的传输准确无误。
在定时测量中，晶振电路可以提供稳定的时钟信号，以实现对时间的精确测量。
在数据同步中，晶振电路可以提供同步的时钟信号，以确保数据的同步传输。
晶振电路还广泛应用于计算机、通信设备、仪器仪表等领域。
晶振的应用电路原理图
晶振的应用电路原理图1. 晶振的基本原理晶振是一种通过压电效应产生机械振动并将其转换为电信号的器件。
它由一个压电晶体和其中的振荡电路组成。
当施加外部电场时，压电晶体会产生机械振动，这个振动会被感应电路转换为电信号。
这样就形成了一个可控频率的电信号源。
2. 晶振的主要特点•稳定性高：晶振的频率稳定性非常高，可控制在几个十分之一的范围内。
•可调谐性强：可以通过改变施加在晶振上的电场来实现频率的调整。
•占用空间小：晶振的尺寸通常很小，适合集成在电子设备中。
3. 晶振的应用领域晶振广泛应用于各种电子设备中，其中包括但不限于： - 通信设备：晶振常被用作时钟信号源，用于同步数据传输。
- 微处理器和微控制器：晶振用于提供主频信号，控制CPU的运行速度。
- 音频设备：晶振用于提供精确的时基信号，用于音频数字转换等应用。
- 电源管理：晶振用于提供时钟信号，控制电源管理电路的运行。
4. 晶振应用电路的原理图以下是一个晶振应用电路的基本原理图：晶振应用电路原理图：===========================_______| |VIN ---| || ||_______||-----| |--- -----| | | || R | | C || | | |--- -----| |-----|VOUT===========================•VIN：输入电压，用于提供晶振所需的电场。
•VIN和晶振之间的线条表示数据传输和电场耦合。
•VOUT：输出电压，表示晶振振动产生的电信号。
•R：电阻，用于控制晶振的振荡频率。
•C：电容，用于滤波和稳定晶振的输出信号。
5. 晶振应用电路的工作原理晶振应用电路的工作原理如下： 1. 输入电压VIN施加在晶振上，产生电场。
2. 电场作用下，晶体产生机械振动。
3. 振动信号被感应电路转换为电信号，输出为VOUT。
4. 输出电压VOUT经过电阻R和电容C的滤波和稳定处理，得到稳定的振荡信号。
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模拟电路部分晶振设计
1. 振荡器原理
振荡器是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大器。
从能量的角度来说，正弦波振荡器是通过自激方式把直流电能转换为特定频率和幅度的正弦交变能量的电路。
对于任何一个带有反馈的放大电路，都可以画成下图所示结构：
图4 振荡器 当增益满足1≥⨯a f ，且相位条件满足πβα2=+时，构成正反馈环路，起振条件得以满足。
上图即构成一个振荡器。
2. 晶振原理
当在晶体两端加上一定的交变电场,晶片就会产生机械形变, 石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制的一种谐振器件, 若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。
同时这个机械形变又会产生相应的交变电压,并且其特征频率下的振幅比其他频率点的振幅大得多。
根据这个特点,为了得到低的起振电压和短的起振时间,在晶体两端施加的交变电压的频谱能量应主要集中在晶体的特征频率附近。
在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振。
石英晶体振荡器的等效电路如图5 所示。
当用石英晶体组成并联谐振电路时,晶体表现为 感性,其等效品质因数Q 值很高。
等效阻抗2频率特性如图6所示。
图5 晶振等效电路
图6 晶振等效阻抗
图6中，Fr 为串联谐振点。
在频率为)2/(1LC F r π=时，图2中串联的L 、C 谐振，串联支路等效为一个纯电阻。
Fa 为并联谐振点，此时串联支路等效为电感，与并联的C0谐振，0/1C C F F r a +=。
此时等效阻抗趋于无穷大。
通常这两个频率点之间的差值很小。
总的来说，可以认为晶振在串联谐振时表现为电阻，在并联谐振时表现为电感。
这里建议设计时采用并联谐振。
3. Pierce Oscillator
图7 振荡电路
倒相器作为放大器，同时提供180度的相移。
而晶振及负阻电容作为反馈回路，提供剩下的180度相移。
R F 为反馈电阻，用来决定倒相器的直流工作点，使之工作在高增益区（线性区）。
这个电阻值不能太小，否则会导致环路无法振荡。
该电路利用晶振的并联谐振，由于并联谐振与C0有关，会受寄生电容影响，因此增加负载电容C1、C2，可减小C0对谐振频率的影响。
同时C1、C2的加入会影响起振时间和振荡频率的准确度。
负载电容的选择，应根据晶振供应商提供的datasheet 的数值选择。
在许可范围内，负载电容值越低越好。
容值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。
Rs 用于抑制高次谐波，从而使振荡器获得较为纯净的频谱。
Rs 的值若太小的话，可能会导致晶振的过分驱动（overdrive ），导致晶振损坏或寿命减短。
通常取2C S X R 。
Rs 的影响可以由下图看出。
图8 Rs的影响（来自参考资料）
4. 电路分析
图9 xtal电路原理图
如图9，PM0和NM0构成倒相器，与片外电路共同组成振荡环路。
PM7~PM9和
NM7~NM9组成施密特触发器，对波形进行整形和放大。
输出信号再经过两级倒相器，以提高输出级驱动能力。
5. hspice网表
.GLOBAL VDD VSS
*.PININFO XIN:I XC:O XOUT:O //内部电路
R6 net_0106 XOUT 300.135 $[RNDIFSAB]
R0 XIN net21 300.135 $[RNDIFSAB]
MPM11 XC net075 VDD VDD P18 W=5u L=180.0n M=7
MPM10 net075 net60 VDD VDD P33 W=5u L=300.0n M=6
MPM9 VSS net60 net_062 VDD P18 W=500n L=3u M=1
MPM7 net_062 net_0106 VDD VDD P18 W=750.0n L=3u M=1
MPM8 net60 net_0106 net_062 VDD P18 W=750.0n L=3u M=1
MPM0 XOUT net21 VDD VDD P18 W=600n L=3u M=2
MNM11 XC net075 VSS VSS N18 W=2u L=180.0n M=6
MNM10 net075 net60 VSS VSS N33 W=2u L=350.0n M=2
MNM9 VDD net60 net_061 VSS N18 W=420n L=3.5u M=1
MNM7 net_061 net_0106 VSS VSS N18 W=420n L=3.5u M=1
MNM8 net60 net_0106 net_061 VSS N18 W=420n L=3.5u M=1
MNM0 XOUT net21 VSS VSS N18 W=560.0n L=4u M=1
R3 XOUT net7 240k //片外电路
L0 net027 net7 10.2568K
V0 net9 net027 sin(0 1Meg 32.768k 0.1n 1e+7 0) //电压源，使仿真时快速起
振。
实际电路中不用
C0 net12 net9 2.3f
R1 net12 XIN 130K
C3 0 net7 20p
C2 0 XIN 20p
R2 XOUT XIN 25Meg
C1 XIN net7 2p
.lib "/home/syy/xtal_smic/TD-LO18-SP-2001V10P/l018_v2p4.lib" TT
.lib "/home/syy/xtal_smic/TD-LO18-SP-2001V10P/l018_v2p4.lib" res_TT
vvdd vdd 0 1.8v
vvss vss 0 0
.option DELMAX=2.5n
.PROBE
.OP
.TEMP 25
.TRAN 3us 3ms
*.options probe
*.probe v(XOUT) v(XC)
.END
6. 仿真结果：
XOUT：
Rs小的时候，在同样的激励电压下，波形幅度比Rs大的情况小很多，导致XC输出为一根直线。
XOUT和XC的波形图：
图10 XOUT和XC的波形图
7. 晶振设计注意事项：
在低功耗设计中晶体的选择非常重要，尤其带有睡眠唤醒的系统，往往使用低电压以求低功耗。
由于低供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。
这一现象在上电复位时并不特别明显，上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。
在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。
在振荡回路中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。
晶体的选择应考虑以下几个要素：谐振频点、负载电容、激励功率、温度特性、长期稳定性。
换句话说，晶振可靠性工作不仅受到负载电容的影响。
对于负载电容的选择，应根据晶振供应商提供的datasheet的数值选择。
在许可范围内，负载电容值越低越好。
容值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。
有的晶振推荐电路甚至需要串联电阻RS，它一般用来来防止晶振被过分驱动。
过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，造成频率偏移，加速老化。
8. 设计经验总结
1.首先要选择一个低的等效串联电阻的晶体。
晶体串联电阻低有利于解决起振的问题。
因为低的晶体等效阻值有利于增加环路增益。
2.通过缩短印制电路板的连线间距来减低寄身电容。
从而可以帮助解决起振问题和晶振频率稳定度的问题。
3.应该保持对晶振应用温度和电压范围保持监控，从而保持晶体起振频率有必要的话要调整电容电阻的值。
4.想要得到最佳效果，晶振设计应该采用Vdd峰峰值的至少40%作为驱动时钟反相器的输入信号。
仅仅调节晶振两端是不能达到这一要求的。
我们也可以参考晶振制造商的使用说明来获得关于晶振设计进一步的帮助。
5.对于推荐最优化的R1的阻值可以这样得到，首先计算电容C1，C2的值，然后在R1的位置上设置一个电位计，将电位计的初始值设置为XC1。
这样可以通过调节电位计来保证在所需要的频率下起振以及维持晶体稳态振荡。