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晶振的波形你了解多少?

发布时间:2019-09-21

 至于晶体谐振器的输出波形,我相信有些人可能会认为只有两种波形,即无源晶体振荡器的输出波形是正弦波,有源晶体振荡器的输出波形是方波,一小部分是正弦波。

 由于有源晶体振荡器内部增加了整形电路,输出为方波,很少使用正弦波,一般使用方波输出(波形不佳的正弦波大部分时间仍能在示波器上看到,这是由于示波器带宽不足造成的。

 例如,如果有源晶体振荡器为20兆赫,当用40兆赫或60兆赫的示波器测量时,正弦波就会显示出来。这是因为方波的傅立叶被分解成基频和奇次谐波的叠加。如果带宽不够,只剩下基频20兆赫和60兆赫的谐波,所以显示正弦波。方波的完美再现需要至少10倍的带宽,5倍的带宽几乎不够,所以它需要至少100米的示波器。).

 方波主要用于数字通信系统的时钟上,驱动纯计数电路或门电路。方波主要有几个指标要求,如输出电平、占空比、上升/下降时间、驱动能力等。正弦波主要用于对电磁干扰和频率干扰有特殊要求的电路,该电路要求输出的高次谐波分量非常小。为后面的模拟电路选择正弦波也是一个更好的选择。通常需要提供谐波、噪声和输出功率等指标。方波输出功率高,驱动能力强,但谐波成分丰富。正弦波输出功率不如方波,但其谐波分量要小得多。

 有源晶体振荡器的频率输出必须具有某个波形作为输出载波,并且该波形的输出必须伴随有某个负载值。在实际使用中,波形负载也是晶体振荡器非常重要的参数指标。如果选择不正确,晶体振荡器或其他模块将无法正常工作,功能无法实现,或者模块甚至整个机器将被损坏。

晶体谐振器

晶体谐振器的输出波形主要有三种:正弦波、方波和准正弦波。

晶体谐振器负载主要如下:

 (1)正弦波:负载50欧姆或1k欧姆;

 (2)方波:n个TTL负载或n个PF电容;

 (3)准正弦波:10K欧姆并联10PF电容器;

 此外,通常使用差分输出PECL、LVDS等高频(100兆赫以上)。在实际使用中,晶体谐振器的输出通常用于驱动以下电路形式:

 1.同轴电缆的长线输出;

 2.滤波电路的输出;

 上述两种电路通常适用于50欧姆的负载。这是因为上述两个电路通常需要50欧姆的负载来匹配,并且在射频场中有75欧姆、300欧姆和其他特征阻抗,这在必要时应该解释。这种输出波形最适合正弦波。正弦波的振幅只有在长距离传输后才会衰减,波形不会失真。

 3.门电路的输入;

 要驱动门电路,必须注意高电平、低电平、占空比、上升时间、下降时间等指标,否则很难平稳驱动。因此,方波是最合适的波形。门电路也有TTL和CMOS门电路的区别,但目前主流电路已经实现了TTL/CMOS兼容。作为高阻抗的输入,其输入具有较大的电阻,但具有一定的容性阻抗。例如,典型的74HC04与非门的输入阻抗约为3.5PF(有时晶体振荡器输出驱动多个门,因此方波负载一般为15PF,可驱动3-4个门,高驱动能力的重负载为50PF,可驱动十几个门)。

 4、更换晶体谐振器作为振荡电路的输入

晶体谐振器可以直接用作许多电子芯片中的时钟脉冲发生器。如果需要更高质量的时钟,也可以使用晶体振荡器。例如,常用单片机AT89C51的引脚XTAL1和XTAL2用于连接晶体谐振器(也需要两个电容)。如果用引脚XTAL1连接晶体振荡器:对其内部电路的分析表明,引脚XTAL 1是其内部振荡电路的输入端,具有高输入阻抗和大放大系数。因此,较小的波形可以触发操作(峰峰值100毫伏~1V),特别适合驱动准正弦波。正弦波输出晶体振荡器也可以驱动,但输入端需要增加阻抗匹配电阻,这也是晶体振荡器输出的浪费。方波输出的晶体振荡器也可以驱动它,但由于方波输出幅度过大,有过驱动的嫌疑。过驱动的缺点是它会使时钟电路的噪声更大。如果它对噪音不敏感,也可以这样使用。方波输出晶体振荡器最好连接到XTAL2引脚,XTAL 2引脚是门电路输入和输出的并联。其输入阻抗低,所需驱动电平大(至少TTL电平低电平小于0.4V,高电平大于2.4V)。使用正弦波或准正弦波时,加载时峰峰值可达到2V或更高。注:连接晶体振荡器时,引脚上通常不需要2个电容。

 5、三极管,高速运算放大器电路输入

 有时,用户使用三极管和高速运算放大器来处理晶体振荡器波形,以便整形和放大。在这种情况下,负载阻抗通常不会太重,正弦波波形最合适。需要提供负载和波形幅度等参数。

 6.对电磁干扰和频率干扰有特殊要求的电路

 这种电路要求输出谐波分量很小,所以无论驱动哪种电路,正弦波都是最好的。

 方波输出分为TTL电平和CMOS电平:

 TTL电平输入低= 2.0V输出低电平2.4V,最大低电平和最小高电平之间的电压无效;

 CMOS电平输入低电平0.7Vcc,输出低电平0.9Vcc(接近电源电压)。


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