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我們要如何才能設(shè)計(jì)一個(gè)高效的有源晶振電路圖，我們首先要了解什么是有源晶振電路？這個(gè)是屬于有源晶振的基礎(chǔ)知識(shí)。有源晶振電路由一個(gè)放大器和一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)組成。反饋網(wǎng)絡(luò)從放大器獲得特定的輸出，并將其送回放大器的輸入。它在畫(huà)出來(lái)的時(shí)候看起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)單(如下圖所示，Amplifier:放大器,Feedback Network:反饋網(wǎng)絡(luò))。

但越往深處走，就越復(fù)雜。

晶體振蕩器電路要有效運(yùn)行，必須滿(mǎn)足2個(gè)關(guān)鍵條件:

1. 環(huán)路功率增益必須等于齊音

2. 環(huán)路相移必須相當(dāng)于0、2Pi、4Pi等弧度.

引導(dǎo)回放大器輸入的功率必須足以供應(yīng)放大器輸入、振蕩器產(chǎn)量，并克服電路損耗.

振蕩器的[敏感詞]頻率是由振蕩器電路內(nèi)的環(huán)路相移決定的。相移的任何變化都會(huì)導(dǎo)致頻率的變化。減少凈相移的佳方法之一是在反饋回路中使用石英晶體。

當(dāng)石英晶體被用于振蕩器的反饋回路時(shí)，振蕩器的頻率輸出實(shí)際上是自我調(diào)節(jié)的。石英晶體創(chuàng)造了一個(gè)滿(mǎn)足相位環(huán)路要求的電抗.

晶體振蕩器電路設(shè)計(jì)的7個(gè)關(guān)鍵考慮因素

1.  串聯(lián)電路

串聯(lián)電路晶體振蕩器使用被設(shè)計(jì)為在其自然諧振頻率下工作的晶體。這種類(lèi)型的電路在反饋回路中不需要電容。串聯(lián)諧振振蕩器電路是相當(dāng)基本的，由于其元件數(shù)量少，通常被使用.

串聯(lián)電路可以提供除通過(guò)晶體以外的反饋路徑。這意味著電路可以繼續(xù)以主觀(guān)的頻率振蕩......甚至在晶體失效期間也是如此.

串聯(lián)電路的一個(gè)顯著缺點(diǎn)是，如果系統(tǒng)需要修改，你不能調(diào)整輸出頻率。串聯(lián)諧振晶體是按照[敏感詞]的頻率、容差和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的，并且不需要選擇調(diào)整就能保持.

2.  負(fù)載電容

負(fù)載電容在振蕩器電路設(shè)計(jì)中可以發(fā)揮關(guān)鍵作用。你會(huì)在下一個(gè)設(shè)計(jì)考慮中看到一個(gè)關(guān)于負(fù)載電容重要性的例子，但現(xiàn)在，讓我們仔細(xì)看看負(fù)載電容本身.

負(fù)載電容被描述為在電路中的晶體終端上測(cè)量或計(jì)算的電容量.

說(shuō)到串聯(lián)電路，晶體電路的連接點(diǎn)之間沒(méi)有電容。因此，電路中沒(méi)有負(fù)載電容。對(duì)于并聯(lián)電路來(lái)說(shuō)，情況就不同了.

要確定并聯(lián)電路中的負(fù)載電容，使用這個(gè)方便的方程式.

在這個(gè)方程中，LC1和LC2代表負(fù)載電容。Cs是電路的流浪電容（通常在3到5 pF之間）.

3. 并聯(lián)電路

并聯(lián)諧振電路是用一個(gè)晶體來(lái)設(shè)計(jì)的，這個(gè)晶體被設(shè)計(jì)成在特定的負(fù)載電容下工作。這導(dǎo)致晶體振蕩器的工作頻率高于串聯(lián)諧振頻率，但低于真正的并聯(lián)諧振頻率.

為了完成這種類(lèi)型的電路的反饋回路，你必須設(shè)計(jì)通過(guò)晶體的路線(xiàn)。如果晶體失效，電路將不再振蕩.

那么，決定振蕩器頻率的 "負(fù)載電容 "從何而來(lái)？這個(gè)電路實(shí)際上使用了一個(gè)單獨(dú)的變頻器，在反饋回路中有兩個(gè)電容，包括了負(fù)載電容。如果負(fù)載電容改變，振蕩器產(chǎn)生的頻率也會(huì)改變.

說(shuō)到這里，需要注意的是，如果需要調(diào)整的話(huà)，這種電路類(lèi)型并不適合于輕松調(diào)整頻率。另外，需要[敏感詞]的頻率控制和[敏感詞]的負(fù)載電容規(guī)格.

例如，如果一個(gè)容量為20 pF的20 MHz晶體被放置在一個(gè)評(píng)估為30 pF的電路中，那么晶體將低于規(guī)定值。然而，如果該電路的評(píng)估值只有10 pF，那么頻率將高于規(guī)定值.

4. 驅(qū)動(dòng)功率

驅(qū)動(dòng)電平是指晶體在工作時(shí)消耗的功率大小。功率通常以毫瓦或微瓦來(lái)描述.

石英晶體被指定為一個(gè)特定的大驅(qū)動(dòng)電平值，可以影響振蕩器的頻率和操作模式。與你的晶體振蕩器供應(yīng)商合作，確定石英振蕩器可以承受的大驅(qū)動(dòng)水平是很重要的.

那么，如果晶體振蕩器超過(guò)了大驅(qū)動(dòng)水平會(huì)發(fā)生什么？它可能導(dǎo)致振蕩器

1) 變得不穩(wěn)定

2) 加快老化率

3) 導(dǎo)致關(guān)鍵應(yīng)用中的通信或計(jì)時(shí)損失

要計(jì)算晶體的驅(qū)動(dòng)電平，請(qǐng)使用這個(gè)公式（基本上只是歐姆定律，但對(duì)功率而言）.

Drive Level = (Irms2 x R)

Irms = 通過(guò)石英晶體的測(cè)量均方根電流
R = 石英晶體的大電阻

為了測(cè)量晶體振蕩器電路的實(shí)際驅(qū)動(dòng)電平，你可以在晶體電路中插入一個(gè)電阻。然后可以讀取電阻上的壓降來(lái)計(jì)算電流和功率耗散。當(dāng)然，要確保在這次測(cè)量后將電阻移走.

5. 頻率和模式

晶體振蕩器的頻率可能受到物理尺寸的限制。有時(shí)，這可能是某些應(yīng)用的長(zhǎng)度和寬度。其他時(shí)候，它可能是石英晶體本身的厚度。石英晶圓越薄，頻率就越高。石英晶圓的厚度通常在30MHz左右會(huì)變得太薄，無(wú)法處理.

如果需要一個(gè)頻率高于極限頻率的振蕩器，可以利用 "基頻"?；l是 "由一個(gè)物體的整體振蕩產(chǎn)生的低頻率，與更高頻率的諧波不同"。如果一個(gè)晶體的基本頻率是10兆赫，它也可以以3、5、7等倍的基本頻率進(jìn)行振蕩。因此，振蕩器可以在30MHz、50MHz、70MHz等頻率下振蕩。這些都是該頻率的泛音.

當(dāng)需要使用泛音頻率時(shí)，晶體制造商必須將晶體設(shè)計(jì)成在所需的泛音頻率下工作。千萬(wàn)不要試圖訂購(gòu)一個(gè)基頻模式的晶體，然后用另一個(gè)所需的泛音來(lái)操作，因?yàn)榛l晶體和泛音晶體的制造工藝是不同的.

6. 設(shè)計(jì)考慮因素

為了實(shí)現(xiàn)佳的振蕩器電路操作，應(yīng)該遵循一些設(shè)計(jì)上的考慮。有一點(diǎn)一直被推薦的是，在電路中應(yīng)避免使用平行線(xiàn)。這樣做可以減少雜散電容。所有線(xiàn)路應(yīng)盡可能地短，以防止耦合。通過(guò)使用地平面來(lái)保持元件的隔離，也可以對(duì)此有所幫助.

7. 負(fù)電阻

振蕩器的設(shè)計(jì)必須加強(qiáng) "負(fù)電阻 "以獲得佳性能。負(fù)電阻也經(jīng)常被稱(chēng)為 "振蕩津貼".

這里有6個(gè)簡(jiǎn)單的步驟來(lái)幫助你計(jì)算振蕩器電路中的負(fù)電阻

1) 暫時(shí)將一個(gè)可變電阻器與晶體串聯(lián)起來(lái)

2) 將電阻調(diào)到低設(shè)置（接近零歐姆）

3) 給振蕩器通電，在示波器上監(jiān)測(cè)輸出

4) 當(dāng)你持續(xù)監(jiān)測(cè)示波器信號(hào)時(shí)，開(kāi)始使用可變電阻增加電路中的電阻

5) 一旦振蕩停止，記下可變電阻以確定歐姆值

6)  將晶體的大電阻值（由供應(yīng)商指定）與步驟5中測(cè)量的歐姆值相加

這個(gè)計(jì)算出來(lái)的總值就是 "負(fù)電阻 "或 "振蕩余量"。作為一般的經(jīng)驗(yàn)法則，負(fù)電阻應(yīng)至少是晶體規(guī)定的大電阻值的5倍才可靠。

以上就是我們藍(lán)木在有源晶振電路上設(shè)計(jì)上的一個(gè)建議，希望大家在設(shè)計(jì)振蕩器電路上少走彎路，能夠更快的完成晶振產(chǎn)品電路上的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品相匹配。