OSC----有源晶振電路

1.有源晶振的選型理念

1：模式要求--->選型有源晶振時(shí)需要先確認(rèn)輸出模式或者說是芯片端的輸入模式

2：成本要求--->預(yù)算高選擇有源晶振/振蕩器，預(yù)算低選擇無源晶振/諧振器

3：性能要求--->如果是應(yīng)用產(chǎn)品需要高精度，高端產(chǎn)品，選有源晶振/振蕩器；如果應(yīng)用對頻率穩(wěn)定率要求不高，如玩具等一般消費(fèi)類電子，更合適選擇性價(jià)比高的無源晶振/諧振器

4：溫度/穩(wěn)定度--->有源晶振/振蕩器為時(shí)鐘振蕩器，TCXO溫補(bǔ)晶振，VCXO壓控振蕩器，OCXO恒溫晶振，不同的類型可以實(shí)現(xiàn)更寬的溫度范圍和更高的穩(wěn)定度。

2.有源晶振引腳定義

有源晶振除了常規(guī)的電源，輸入和輸出引腳，可能會(huì)有三態(tài)端和OE引腳，有源晶振三態(tài)端輸出既可以是一般二值邏輯電路中正常的高電平1或者低電平0，也可以保持高阻抗?fàn)顟B(tài)（Hi-Z），OE用于在低電平時(shí)輸出使能，而在不使能時(shí)輸出保持高阻態(tài)。

3.有源晶振EMC設(shè)計(jì)

EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指晶振在正常運(yùn)行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值；另一方面是晶振對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。如圖7-1是典型的有源晶振電路，有源晶振的連接方式相對簡單，不需要復(fù)雜的配置電路，有效避免了外部電容匹配不好造成頻率偏移的問題，同時(shí)也在很大程度上減少了電路板雜散信號(hào)對它的干擾。

圖7-1：典型的有源晶振EMC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)電路

有源EMC電路原理圖設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

1：做好電源濾波，晶振電源去耦非常重要

有源晶振的電源引腳不要直接接電源，需要通過一個(gè)磁珠再接電源，去耦電容選兩到三個(gè)，容值遞減，目的是降低電源噪聲對輸出頻率的影響。在電路功能上，磁珠和電感原理相同。

如圖7-1所示，L1和C1、C2構(gòu)成π型濾波網(wǎng)絡(luò)，C1為預(yù)留設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行增加或者調(diào)整電源端磁珠L1與電容C2、C3構(gòu)成LC濾波電路（一級(jí)低通濾波）。預(yù)留的電容C3，容值要小，根據(jù)具體測試結(jié)果而定。

2：關(guān)于輸出端串聯(lián)的電阻的作用

輸出端串聯(lián)一個(gè)小電阻，為預(yù)留匹配設(shè)計(jì)（比如50Ω），有的有源晶振輸出需要進(jìn)行阻抗匹配，具體匹配阻值根據(jù)測試結(jié)果而定。其作用是為了減少信號(hào)反射，避免反射波疊加引起信號(hào)過沖。不同批次的板子特性不一樣，留個(gè)電阻位置便于調(diào)整板子狀態(tài)到最佳。可根據(jù)實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行調(diào)整或更換磁珠處理。

3：輸出端電容

輸出端電容C4為負(fù)載調(diào)節(jié)電容，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整，用來微調(diào)頻率精度，其次是與串聯(lián)電阻R1組成RC濾波器，減少時(shí)鐘信號(hào)過沖。

有源晶振EMC標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)電路，如果對EMC要求不高，可以去掉L1磁珠及C4負(fù)載電容，只保留電源輸入端的去耦電容0.1uF即可，輸出端保留輸出電阻，約10Ω~27Ω。

4.有源晶振的匹配設(shè)計(jì)

有源晶體輸出的是方波，會(huì)引起諧波干擾，尤其是阻抗嚴(yán)重不匹配的情況下，加上電阻R1后，該電阻將與輸入電容構(gòu)成RC積分平滑電路，將方波轉(zhuǎn)換為近似正弦波，可以減少諧波,雖然信號(hào)的完整性受到一定影響，但由于該信號(hào)還要經(jīng)過后級(jí)放大、整形后才作為時(shí)鐘信號(hào)，因此，性能并不受影響，該電阻的大小需要根據(jù)輸入端的阻抗、輸入等效電容，有源晶體的輸出阻抗等因素選擇。

有源晶體的輸出阻抗通常都很低，一般在幾百Ω以下，而信號(hào)源的輸入端在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)上通常是運(yùn)放的輸入端，由芯片的內(nèi)部電路與外部的無源石英晶體構(gòu)成諧振電路（使用有源晶體后就不需要這個(gè)晶體了），這個(gè)運(yùn)放的輸出阻抗都在MΩ以上。只要阻抗不匹配，就會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射，即回波，需要進(jìn)行阻抗匹配，減小回波干擾及導(dǎo)致的信號(hào)過沖，一般這個(gè)輸出電阻可以串27Ω左右，此外晶振均需要選擇高精度的外圍器件。

5.小結(jié)

石英晶體諧振器和石英晶體振蕩器統(tǒng)稱為晶振，屬于頻率控制元器件，前者只是普通的晶振，而后者則是高端的晶體元器件。有源晶振的頻率輸出必定要有某個(gè)波形作為輸出載體，波形的輸出也必定會(huì)伴隨著某個(gè)負(fù)載值。在實(shí)際使用中，波形負(fù)載也是晶振的非常重要參數(shù)指標(biāo)。選擇不當(dāng)?shù)脑?，輕則導(dǎo)致石英晶振或其他模塊工作不正常，功能無法實(shí)現(xiàn)，重則損壞模塊甚至整機(jī)。

晶振負(fù)載主要有以下幾種：

1：正弦波--->負(fù)載50歐姆或1k歐姆

2：方波--->N個(gè)TTL負(fù)載或N個(gè)PF電容

3：準(zhǔn)正弦波--->例如10kΩ并聯(lián)10pF電容，此外還有差分輸出PECL、LVDS等高頻（100MHz以上）常用的，至于后面的15pF、50pF是這些輸出波形的匹配負(fù)載。

如下圖7-2至圖7-4是不同輸出波形的測試電路，可以作為大致參考。

圖7-2：LVPECL

圖7-3：LVDS

圖7-4：HCSL