在實際的產品設計時,針對晶振部分的電路,您會發現會有下面2種電路,圖1電路中,沒有1M的電阻;圖2電路中,晶振會并聯一個1M的電阻。
對于晶振電路您可以會產生下面的疑問:
1M電阻具體是什么作用呢?
為什么有的時候有,有的時候沒有?
為什么電阻的阻值是1M,而不是其他阻值?
帶著這些疑問,本文我們深入講解一下晶振電路中的電阻的作用。
普通石英晶振可以正常起振的原理是:芯片內部電路與外部晶振和匹配電容組成皮爾斯振蕩器電路,如下圖3所示。
圖3
皮爾斯振蕩器因為組成電路比較簡單(一個反相器、一個電阻、晶體振蕩器、2個電容),并且工作時比較穩定而被廣泛應用在幾乎所有的數字IC的時鐘電路中。 本文中講述一下該電路工作穩定的兩個條件:
在所需的振蕩頻率下,環路增益的乘積必須等于或大于1。
環路周圍的相移必須為零或 2π(360°) 的任何整數倍。
如下圖4所示;
圖 4
如果 U1 提供 -180° 相移,則其余外部組件需要額外的 -180° 才能滿足標準。,相移將自動調整為圍繞環路精確的 360°,以保持振蕩。 如果 U1 提供 -185° 相移,則其余組件將在正常工作的設計中自動提供 -175° 相移。
二:反饋電阻Rf作用
Rf是反饋電阻,它使反相器U1工作在線性放大區。
圖5
反饋電阻連接在 U1的Vin 和 Vout 之間,以便將放大器偏置在 Vout = Vin 并迫使其在線性區域,即圖5中陰影區域內。 實際上反相器電路中許多電路不加這個電阻也能起振,因為一般的電路都有擾動信號,但有個別的反相門電路不加這個電阻就不能起振,因為擾動信號強度不夠。在低溫環境下振蕩電路阻抗也會發生變化,當阻抗增加到一定程度時,晶振就會發生起振困難或不起振現象。如果您的產品出現了低溫情況晶振不起振或者低溫時MCU運行不正常的情況(有的芯片外部振蕩電路不起振時可能會自動切換為內部晶振)。這時,我們就需要檢查Rf這個電阻是否正確。阻值是否合理?是否應該接Rf實際沒有接?
三:Rf的取值
Rf電阻的阻值選擇滿足如下的要求:
圖6
四:Rf的有無?
現在很多芯片的反饋電阻Rf已經集成到芯片內部,如STM32的晶振電路的框圖如下方的圖7所示
圖7
如果通過查詢芯片手冊并不能知道內部是否集成了Rf,可以通過如下方式進行測量:
在未連接外部元件(C1、C2 和 X1)的情況下,測量反相器的輸入和輸出的電壓:
如果芯片內部集成了反饋電阻,那么測量的輸入和輸出引腳的電壓將在 Vcc/2 左右;
如果芯片內部沒有集成反饋電阻,則反相器將被鎖存,輸入和輸出將處于邏輯“1”或邏輯“0”狀態;即圖5中的非陰影區域。
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原文標題:與晶振并聯的1M電阻有什么用?為什么有的有用,有的沒用?要怎么選擇?
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