简易晶振测试电路
单片机晶振电路原理图
单片机晶振电路原理图
单片机晶振电路的原理图如下：
[晶振电路原理图]
在原理图中，我们可以看到一个晶振元件被连接到一个单片机上。
晶振元件包括四个引脚：两个供电引脚（VCC和GND），一个输出引脚（OUT），以及一个输入引脚（IN）。
VCC和GND引脚分别连接到单片机的供电电源，用于为晶振
元件提供电源。
OUT引脚连接到单片机的晶振输入引脚，用
于向单片机提供晶振信号。
IN引脚则连接到单片机的晶振输
出引脚，用于接收单片机的反馈信号。
晶振元件起到了一个产生稳定的振荡频率的作用。
当VCC和GND引脚被连接到电源后，晶振元件开始振荡，将振荡信号
通过OUT引脚输出。
单片机接收到这个振荡信号后，会根据
反馈信号通过IN引脚调整晶振元件的振荡频率，从而保持稳
定的振荡。
通过晶振电路，单片机能够根据振荡信号来确定时间的基准，进而实现各种功能。
这是单片机工作的基础。
晶振测试报告-3225-25M-20pf
CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO.,LTD晶振测试分析报告Customer Name Tapy Frequency 荣鑫胜科技SMD322525MHz-20PFSJK FAE:Haodong Huang&Juan ZhangDate:2018/8/15CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO.,LTD一．原因说明客户反馈晶振上机后使用不良,不良现象为晶振输出频率偏负，退回2pcs不良PCBA板要求分析。
二．实际测试1.PCB电路板视图：2.晶振单体重测：A.（不良品SJK 晶振）：B.（TXC&鸿星晶振）：测试结果显示：不良品晶振单体OK，各参数在规格范围内。
与TXC&鸿星晶振进行对比分析可知，SJK晶振单体频率偏负。
X1：3225-25MHz-20pf1#、2#为TXC 晶振；3#、4#为鸿星晶振；CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO.,LTD3.PCB板测试：1>.PCB板电路原晶振及原匹配，测试数据如下：1#FL=-19.4PPM2#FL=-20.0PPM2>.将贵司提供的TXC和鸿星晶振分别更换到PCB板上测试，测试数据如下：1#（TXC晶振）FL=-11.5PPM2#（TXC晶振）FL=-8.8PPM3#（鸿星晶振）FL=-5.5PPM4#（鸿星晶振）FL=-7.6PPM3>.另取2pcs3225-25MHz-20pf±10ppm晶振样品进行验证，测试数据如下：*样品晶振单体检测：CRYSTAL TECHNOLOGY INDUSTRIAL CO.,LTD1#FL=-8.3PPM 2#FL=-6.9PPM三．结论：由以上测试结果可知：电路板上2pcs晶振单体测试是OK的，各参数在规格范围内。
通过对比分析，贵司反馈的频率偏负现象根本原因为晶振规格参数范围±20ppm较宽，部分晶振单体频率偏负致使晶振上板后输出频率偏负，不满足贵司要求。
一种晶振频率测试方法
一种晶振频率测试方法引言晶振（Crystal Oscillator）是电子设备中常见的被动元件之一，用于产生稳定的频率信号。
在电子设备的设计、制造和维护过程中，经常需要对晶振的频率进行测试。
本文将介绍一种简单可行的晶振频率测试方法。
原理晶振的频率测试是通过测量晶振振荡器输出的频率来进行的。
具体原理如下：1. 将晶振振荡器输出的频率分频，得到一个合适的测量范围。
2. 使用计数器将分频后的脉冲进行计数并计时，得到一定时间内的脉冲个数。
3. 根据计数结果和测量时间，计算出晶振的频率。
实施步骤步骤一：准备测试设备1. 准备一台具有计数器功能的示波器，或者单独的计数器设备。
2. 准备一根合适的信号线和探头，用于连接晶振振荡器的输出端和测试设备的输入端。
步骤二：连接和设置测试设备1. 将信号线的一端插入晶振振荡器的输出端，并确保连接牢固。
2. 将信号线的另一端连接到测试设备的输入端。
3. 根据测试设备的操作说明书，设置测试设备的参数，如输入阻抗、参考电平等。
步骤三：进行频率测试1. 打开晶振振荡器的电源，确保晶振振荡器正常工作。
2. 启动测试设备，开始测量晶振振荡器的频率。
3. 根据测试设备的操作说明书，选择适当的测量模式，如即时测量或定时测量。
4. 进行频率测试，测量一定时间内的脉冲个数。
5. 根据测量结果和测量时间，计算出晶振的频率。
注意事项1. 在连接测试设备之前，确保晶振振荡器的输出端不与其他电路连接，以免影响测试结果。
2. 在测量频率时，应选择适当的分频比例，以保证测试结果在测试设备的测量范围内。
3. 测量时间越长，测量结果越准确，但同时也会增加测试时间。
根据需要，选择合适的测量时间。
4. 在进行频率测试过程中，应注意测试设备和线缆的稳定性，确保信号传输的可靠性和准确性。
结论通过上述步骤，我们可以利用计数器设备或计数器功能的示波器有效地测量晶振的频率。
这种晶振频率测试方法简单易行，只需要一些基本的测试设备和线缆即可完成。
晶振的检测技巧
晶振的检测技巧
晶振是电子设备中重要的元器件之一，其功用主要是提供稳定的振荡信号。
晶振在电路板的使用中，可能会遇到一些故障，因此需要进行检测。
以下是几个晶振的检测技巧。
1. 用万用表检测晶振的电阻值：将万用表转到电阻档，将晶振的两个脚分别与万用表的两个探针接触。
正常情况下，晶振的电阻值应该是无穷大，如果电阻值为0或非常小，可能是晶振损坏。
2. 用示波器检测晶振的振荡波形：将示波器的探头接到晶振的两个脚上，观察示波器显示的波形是否为正弦波，频率是否正确。
如果波形不正常，可能是晶振损坏或者晶振周围的电路出现故障。
3. 用震荡电路板检测晶振的工作状态：将晶振连接到震荡电路板上，观察震荡电路板上的指示灯是否闪烁。
如果指示灯不亮或者灯亮但不闪烁，可能是晶振损坏或者晶振周围的电路出现故障。
在检测晶振时，需要注意以下几点：
1. 检测前必须切断电源，避免电路板上的其他元器件受到电流的干扰。
2. 检测时应该使用正确的工具和设备，例如万用表、示波器、震荡电路板等。
3. 如果发现晶振损坏，应该及时更换，避免影响整个电路板的正常工作。
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晶振电路设计
晶振电路中，在2个24pf的起振电容的接地端之间串上一个1M欧姆的电阻有什么作用？应该是反馈作用，稳定振荡效果匹配电容-----负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。
一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。
要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。
一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。
这样并联起来就接近负载电容了。
负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。
他是一个测试条件，也是一个使用条件。
应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。
此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。
3．一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高4．负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。
负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。
标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。
因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。
所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。
晶振旁的电阻（并联与串联）一份电路在其输出端串接了一个22K的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个10M的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。
晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M 欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。
和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。
晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲drive level调整用。
用遥控器巧做晶振频率测试仪
用遥控器巧做晶振频率测试仪
石英晶体振荡器简称晶振，它广泛应用于电子钟表、对讲机、单片机、彩电彩显行场振荡分频电路及所有红外线遥控器等。
对于晶振好与坏的判断，一般只能判断是否漏电、短路或测其两脚间电容值来粗略估计其好坏，而对其出现频偏、不起振则是无法测量出来的。
测晶振频率的仪器价格高、难买，并且利用率低。
实际上，完全可以动手自制，材料的成本仅10多元(用一只彩电遥控器，另加一小块电路板)，材料准备好后半小时就改装好，与数字频率计配合，就可以准确地测量遥控器晶振频率及判断遥控器好坏了。
改装方法如下：拆开遥控器后盖，焊下电路板上455kHz晶振。
用一只双列8脚IC座做测试夹，仅用单列，1~2、3~4脚焊在一起焊在电路板上做晶振测试夹，目的是方便插接不同尺寸的晶振。
用2个废圆珠笔铜头做频率计测试接线柱与晶振测试夹焊在一起，测试夹连1条2芯屏蔽线到遥控器晶振处焊好，利用遥控器上的3V电源给另加的电路板供电，另加的小块电路板连5条线(2条电源2条测试)到遥控器上，另一条线由R2接遥控器IC输出脚(即遥控器上NPN三极管B极)，被测晶振插在测试夹插座上，按遥控器按钮，发光二极管就会闪亮了。
如接上数字频率计就可以准确测量遥控器晶振频率了。
万用表针对晶振的检测
万用表针对晶振的检测
一个质量完好的晶振，外观应整洁、无裂纹、引脚牢固可靠、其电阻值应为无穷大，用数字表最大电阻挡检测则显示溢出符号“0.L”，如图1所示。
图1 用数字式万用表最大电阻挡检测晶振示意图
若用万用表测得阻值很小或为0，可以断定晶振已损坏。
但反过来则不能成立，即若用万用表测得阻值为无穷大，并不能完全断定晶振良好。
此时，可使用一只试电笔，将其刀头插入市电插座的火线孔内，用手指捏住晶振的任一引脚，将另一引脚触碰试电笔顶端的金属部分。
若试电笔氖泡发红，一般说明晶振是好的；若氖泡不亮，说明晶振是坏的。
在更换晶振时通常都要用相同型号的新品，后缀字母尽量也要一致，否则很可能无法正常工作。
不过对于一些要求不高的电路，可以用频率相近的进行代换，如遥控器中455kHz的晶振损坏后，若找不到同型号的晶振，可以用收音机中常用的450kHz晶振进行替换，对使用效果无影响，只是此时发射的载波频率稍有偏差，这是因为电视机中遥控接收头对于误差频率在1kHz内的载波信号可以正常接收、解码。
fpga 有源晶振最简单电路
fpga 有源晶振最简单电路
FPGA 有源晶振最简单电路如下：
1. 将 FPGA 的两个引脚，一个连接到有源晶振的晶体输出脚（一般标有 "Y1"），另一个引脚连接到晶体输入脚（一般标有 "X1"）。
2. 在晶体输出脚（"Y1"）和地之间，串联一个 22pF 的电容，用于保证信号的稳定性。
3. 在晶体输入脚（"X1"）和地之间，串联一个 22pF 的电容，用于保证信号的稳定性。
4. 在晶体输出脚（"Y1"）和电源（VCC）之间，串联一个
10K 的电阻，用于提供电流限制和防止漏电。
5. 在晶体输入脚（"X1"）和电源（VCC）之间，串联一个
10K 的电阻，用于提供电流限制和防止漏电。
6. FPGA 的 VCC 和 GND 引脚连接到相应的电源和地。
这是一个最基本的 FPGA 有源晶振电路，但您需要根据具体的 FPGA 和晶振型号，参考它们的数据手册以及特定的引脚规格来选择适当的电容和电阻值。
石英晶体振荡器晶振检测电路
石英晶体振荡器（晶振）检测电路
浏览546发布时间2009-05-28
石英晶体（晶振）是许多振荡和稳频电路中采用的元件之一，由它组成的振荡器频率稳定度高。
晶振用万用表是不能完全判断其好坏的，可以做如下一个电路来检测晶振的好坏。
如图所示，BX为待测晶振，如果BX是好的，它与三极管VT1、电容器C1、C2等构成的振荡器就会起振，振荡信号从VT1发射极输出，经耦合电容C3，由检波二极管VD2
检波、C4滤波后，变成直流电压给VT2基极提供偏流，使VT2导通，发光二极管H发光，指示被测晶振是好的。
若发光二极管不亮，则表明晶振已损坏。
适当改变C1、C2的容值，可用于测试不同频率范围的晶振。
晶振的测试方法
晶振的测试方法
晶振是一种用于产生稳定、精准时钟信号的元件，广泛应用于各种电子设备中。
为了确保电子设备正常工作，需要对晶振进行测试。
下面介绍一些晶振的测试方法。
1. 直流电阻测试
首先要测试晶振的直流电阻。
测试时需要使用万用表，将电阻档位调整到最小，然后将测试笔分别接到晶振的两个引脚上，记录下测得的电阻值。
通常来说，正常的晶振电阻值应该在几百欧姆到几兆欧姆之间。
2. 振荡频率测试
接下来要测试晶振的振荡频率。
这需要使用频率计或示波器。
将一个端口连接到晶振的一个引脚上，另一个端口连接到晶振的另一个引脚或地。
然后打开频率计或示波器，在其显示屏上可以看到晶振的振荡频率。
正常的晶振振荡频率应该在其规格书中给出的频率范围内。
3. 负载容量测试
最后要测试晶振的负载容量。
负载容量是指晶振所连接的电路中的电容量。
测试时需要使用LCR表或电容计。
将晶振的引脚连接到LCR表或电容计的测试端口上，记录下测得的电容值。
然后将晶振连接到实际电路中，再次测试其振荡频率。
如果振荡频率有所偏差，则需要根据测试结果调整电路中的电容量，以确保晶振正常工作。
需要注意的是，测试晶振时需要采取一些措施，以避免测试过程中的环境干扰。
例如，在测试时需要保持测试场所的静电环境，避免
静电干扰晶振的测试结果。
同时，还需要避免测试设备本身的干扰，例如将测试设备与晶振之间的距离保持一定的距离，以减少电磁波干扰。
晶振测量方法范文
晶振测量方法范文晶振是指晶体振荡器，它是一种能产生高精度的稳定频率信号的器件。
晶振广泛应用于各种电子设备中，例如计算机、手机、电视等。
在电路设计和维修中，经常需要对晶振进行测量，以确保其正常工作。
本文将介绍晶振的测量方法。
晶振的测量方法可以分为频率测量和阻抗测量两种。
一、频率测量方法：频率测量是指通过测量晶振的振荡频率来判断其工作状态是否正常。
常用的频率测量方法有以下几种：1.使用示波器测量法：通过将示波器的探头连接到晶振的输出引脚，观察并测量示波器的显示频率。
这种方法简单直观，但需要专用的示波器设备，并且测量结果受示波器的性能影响。
2.使用计数器测量法：通过将计数器的输入引脚连接到晶振的输出引脚，设置计数器的测量范围和精度，然后启动计数器进行测量。
这种方法适用于对频率的高精度要求，但需要专用的计数器设备。
3.使用频率计测量法：通过将频率计的输入引脚连接到晶振的输出引脚，然后启动频率计进行测量。
这种方法简单易行，适用于对频率精度要求不高的场合。
二、阻抗测量方法：阻抗测量是指通过测量晶振的输入和输出端的阻抗来判断其工作状态是否正常。
常用的阻抗测量方法有以下几种：1.使用阻抗分析仪测量法：通过将阻抗分析仪的测量端连接到晶振的输入或输出引脚，然后启动阻抗分析仪进行测量。
这种方法可以直观地了解晶振的输入输出特性，但需要专用的阻抗分析仪设备。
2.使用LCR表测量法：通过将LCR表的两个测试夹具分别连接到晶振的输入和输出端，然后启动LCR表进行测量。
这种方法适用于对阻抗精度要求高的场合，但需要专用的LCR表设备。
3.使用万用表测量法：通过将万用表的电阻测量端连接到晶振的输入或输出引脚，然后启动万用表进行测量。
这种方法简单易行，适用于对阻抗精度要求不高的场合。
综上所述，晶振的测量方法主要包括频率测量和阻抗测量两种。
具体选择何种方法取决于测量需求和设备条件。
无论哪种方法，都需要注意测量仪器的精度和测量环境的稳定性，以保证测量结果的准确性。
晶振电路的原理及电路测试
晶振电路的原理及电路测试一 原理晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。
由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。
这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄，所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。
晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。
一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。
一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。
晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。
无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。
谐振振荡器包括石英（或其晶体材料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。
晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。
石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。
如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。
晶振电路测试
晶振电路测试1.测试对象LKJ2000监控记录插件AN82527芯片的16MHZ振荡器图1：LKJ2000监控记录插件2.测试内容（1）上电测试a.电源上电波形b.振荡器启振波形（2）稳定工作时a. 电源上电波形b. 振荡器启振波形3.频率计图2：Tek MDO3034 图3：Tradex MPS1008(300V3.5A)图4：Keysight34401a 图5：TPP0500B 3. 测试框图直流电源调到110V3.5A ，连接LKJ2000主机的110V 与110VG示波器通道1探头接AN82527的16MHZ 晶振电源的PIN4(V CC )与PIN2(GND) 示波器通道2探头接AN82527的16MHZ 晶振的PIN3（OUTPUT ）与PIN2(GND) 频率计探头接AN82527的16MHZ 晶振的PIN3（OUTPUT ）与PIN(GND) 4. 测试方法图6：黄色（通道1）电源上电波形与蓝色（通道2）上电启振输出波形 如上图所示：晶振在电源上升到1.8V （上电2mS ）时启振；电源上升到90%时（4.5V），耗时5.4mS，6.4mS时上升到5V，过冲1.6mS（最大值5.3V与最小4.8V），保持4.9V16mS，然后回复5V保持稳定。
图7：图6中电源上升到1.8V时的放大图图8：图6中电源上升到4.5V时的放大图图9：图6中电源在过冲点时的放大图图10：电源稳定后波形稳定后用示波器测电源纹波对比图7（1.8V时），图8（4.5V时），图9（过冲时）与图10（稳定后）晶振输出波形，可得到：图7与其它波形明显不同，表现在频率，占空比，上升下降时间，±超调等都不同。
而图8，图9与图10在这些方面高度一致。
用频率计测得频率，计算出误差值PPM。
晶振电路
晶体振荡电路
晶振等效电路
R为晶振等效串联电阻，L、C为晶振的动态电感、电容。
Cp为晶振的寄生电容。
图1晶振阻抗随频率变化曲线
串联谐振频率Fs，此时X L=X C.
并联谐振频率Fa。
C L为负载电容。
图2晶振并联谐振电路
其中，C S为PCB板上寄生电容（一般为5pF）。
C1，C2为外接电容，常见电路中二者取值基本相同。
较大的C1，C2可以增强频率稳定性，但会降低回路增益，可能会导致电路启动问题。
图2中，电阻R1为限制启动电阻，限制反相器的输出，避免出现晶振过驱动。
其取值一般为R1=X C1。
将反相器输出信号分压后送入晶振中。
需要注意某些电路中不需要R1。
R F为反相器反馈电阻，使反相器处于高增益的线性区。
取值一般为500K~2M。
有些集成器件内部自带该电阻。
晶振谐振电路注意：
（1）选择低等效阻抗的晶振，易于增加开环增益；
（2）晶振到IC引脚线尽可能短，减小寄生电容；。
晶振电路
晶振电路晶振电路概述•·晶振电路的定义•·晶振电路的原理•·晶振电路的作用•·晶振电路的分类•·晶振电路中常见问题晶振电路的应用•·用于RTC的32.768kHz晶振电...•·AVR晶振电路的设计•·PIC单片机晶振设计晶振电路的定义晶振是晶体振荡器的简称,在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振,较高的频率是并联谐振.由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路.这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化.晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率.一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容,请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略.一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ,如果再考虑元件引脚的等效输入电容,则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择.晶振电路的作用2、温补晶振(TCXO):是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿,以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器.一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络.补偿后频率稳定度在10-7~10-6量级,由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面优点,因而获行了广泛应用.3、恒温晶振(OCXO):采用精密控温,使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上.中精度产品频率稳定度为10-7~10-8,高精度产品频率稳定度在10-9量级以上.主要用作频率源或标准信号.4、压控晶振(VCXO):是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器,主要用于锁相环路或频率微调.压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合.晶振电路中常见问题引言在很多数字集成电路中都要用到实时时钟( RTC, Real Time Clock ) , 而确保RTC工作计时准确的关键部分就是32 .756k Hz 的晶体振荡器电路. 本文介绍了集成32.768KHZ晶体振荡电路的设计方法及注意事项, 并用Matlab验证了理论分析, 用Cadence Spectre 仿真了电路.1 电路结构如图1 所示是晶振的整体电路.R1为反相器invl提供偏置,使其中的MOS管工作在饱和区以获得较大的增益;C1,C2和杂散电容一起构成晶体的电容负载, 同时它们和反相器invl一起可以等效为一负阻, 为晶体提供其振荡所需要的能量; R2用来降低对晶体的驱动能量, 以防止晶体振坏或出现异常; 反相器inv2对invl的输出波形整形并驱动负载.图2 所示为晶体的等效电路,Cp是晶体两个引脚间的电容, 对于不同的晶体, 其值在2~ 5pf之间; Rs是晶体的等效串连电阻, 其值表示晶体的损失;Cs和Ls分别为晶体的等效串连电容和电感, 这两个值决定了晶体的振荡频率.2 电路原理分析图1 所示的晶振电路如果满足巴克豪林准则就可以振荡. 从负阻的角度来分析电路的工作原理.提供负阻的电路如图3(a)所示, 由反相放大器和晶体两端的负载电容构成.M1可以替代图1中的invl,忽略沟道长度调制效应、体效应和晶体管的寄生电容. M1的漏电流等于(-I=/C1s)gm ,所以因此对于S=jw加, 此阻抗由一个等于-gm/(ClCZw2)的负电阻串连C1 和C2组成(图3(b))如图4 所示, 将晶体和放大器的偏置电阻置于M1 的栅漏两端就构成了前面所述的晶振电路,它可以等效为右边的串连谐振电路, 如果要维持电路振荡,必须保证Zc的实部也就是负阻部分的︱Rosc︱≥Rso其中这就对反相放大器的gm的大小提出了要求. 分析了gm,的极大值和极小值, gm只有取中间值, 得到的等效负阻的绝对值才大于晶体的串联电阻, 才能够维持晶体的振荡.设计反相器时, 对gm的取值应该加以注意. 尤其是对32.768KHZ的晶振, 由于其Rs值很大,gm设置不当很容易导致晶体不振荡. 在设置了合适的电路参数值的情况下, 使用Matlab画出(3)式中Zc相对于gm的轨迹图,如图5所示,横轴是Zc的实部( 电阻部分),纵轴是Zc的虚部(电容部分). 这里使用晶体Rs最大值为50kΩ.图中竖线对应实轴上的值为50kΩ,也就是说电路可以振荡时gm必须落在竖线左边的半圆上. 竖线与半圆的两个交点分别是gm的最大值和最小值.3 电路设计及仿真实际电路按照图1搭建,除了晶体和C1 ,C2的固定部分之外的其它元器件都被集成在电路内部, 器件模型选用的0.25um模型.在设置电路参数时有几点是必须注意的.前面已经用Matlab计算出了gm的最大和最小值是分别如图5所示的14.5uS和0.7uS,电路中反相器的gm值必须在这两个值之间才能保证正常振荡. 因此MOS管选取了较小的宽长比以达到gm的要求.通过CadenceSpectre进行电路仿真得到的gm在各个corner下从6.3us到3.2u.s之间,满足要求.偏置电阻R,使反相器invl工作在线性放大区,这样才能使反相器具有大的增益并使其振荡在确定频率.R1的推荐值是10到25MΩ之间.随着R1的增大,反相器的增益随之增大,使振荡器更快的起振并可以在较低的电源电压下维持振荡.R2的作用是增加反相器的输出电阻并限制驱动晶振的电流的大小.R2的值必须足够大以防止晶振被过驱动而导致晶体损坏,32.768KHZ晶体的驱动功率最大值是1uW. 对于32.768KHZ的晶振,R2的值在200到300kΩ左右.，CL是晶振的负载电容,晶振在使用时对其负载电容是有要求的,以保证晶振在正确的频率下振荡.32.768KHZ的晶振一般要求载电容为6pf或12.5pf,在实际应用中需要对电容进行调节使晶振获得准确的振荡频率. 在本文设计的电路中Cl(或C2) 包括两部分的电容,一部分是片外电容。