石英晶体谐振器有哪些功能？

时间： 2024-09-29 来源：TROQ创捷电子官网

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石英晶体谐振器在应用中的具体作用，微控制器的时钟源可分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如石英晶体谐振器和陶瓷谐振储能电路；电阻、电容振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于石英晶体谐振器和陶瓷谐振回路。另一种是简单的分立RC振荡器。基于石英晶体谐振器和陶瓷谐振回路的振荡器通常可以提供非常高的初始精度和低温度系数。RC振荡器可以快速启动，成本相对较低，但在整个温度和工作电源电压范围内，其精度通常较差，在标称输出频率的5%至50%之间变化。然而，其性能受环境条件和电路元件选择的影响。振荡器电路的元器件选择和电路板布局应引起重视。使用时，陶瓷谐振回路和相应的负载电容根据具体的逻辑系列进行优化。高Q值石英晶体谐振器对放大器的选择不敏感，但过驱时容易产生频率漂移（甚至损坏）。

图 1

影响石英晶体谐振器工作的环境因素有电磁干扰（EMI）、机械冲击和冲击、湿度和温度。这些因素会增加输出频率的变化，增加不稳定性，在某些情况下，会导致振荡器停止振动。使用振荡器模块可以避免上述大多数问题。这些模块都有自己的振荡器，提供低阻方波输出，能够保证一定条件下的工作。常用的两种类型是石英晶体谐振器模块和集成RC振荡器（硅振荡器）。石英晶体谐振器模块提供与分立石英晶体谐振器相同的精度。硅振荡器的精度高于分立RC振荡器，在大多数情况下可以提供与陶瓷谐振电路相同的精度。

选择石英晶体谐振器时也应考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流和电路的内部电容决定。CMOS放大器的功耗与工作频率成正比，可以用功耗电容值来表示。比如HC04逆变门电路的功耗电容为90pF。在4MHz和5V电源下工作时，相当于1.8mA电源电流。采用20pF晶体负载电容，整个电源电流为2.2mA，陶瓷谐振储能电路一般负载电容较大，对应需要的电流也较多。相比之下，晶振模块一般需要10mA ~60mA的电源电流。硅振荡器的电源电流取决于其类型和功能，范围可以从几微安的低频（固定）器件到几毫安的可编程器件。像MAX7375这样的低功耗硅振荡器，在4MHz工作时只需要不到2mA的电流。在特定应用中优化时钟源需要综合考虑以下因素：精度、成本、功耗和环境要求。

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