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负载电容有两个方面。晶体看到的是晶体两端之间的电容。通常,振荡器电路在晶体的一端与地面之间需要一些电容,但这对晶体的重要性较小。
如果晶体的两端以完美的反相方式上下移动,并且根据振幅的反比确定两个负载电容器的大小,那么从一个电容器流入地的电流将与从地流入电流的精确匹配。另一个电容器,这样,如果一个接地断开但电容器彼此连接,电路操作将不会受到影响。在那种情况下,很明显为什么电容的串联值很重要,因为所涉及的唯一电容将是串联的两个电容器。
实际上,晶体的两端不会相隔180度左右的振荡,电容器的大小也无法匹配振幅比,因此电容中的接地电流很小,但通常仅占电容器的一小部分。总上限电流,因此主要行为仍然是串联的两个上限。
的确,您可以在古老的应用笔记/数据手册中找到的沼泽标准皮尔斯振荡器设计使用了相等的电容器:
但这并不是唯一可行的方法,尽管我看到左边的而不是右边的是被忽略的:
您并不是在说您要定位的频率...或您正在使用的放大器/芯片。所有这一切都不要紧,如果你想设计自己的,而不是遵循一些食谱建议。
甚至更简单的设计方法也至少需要考虑所使用放大器的输入和输出电容:
如果仅在xtal的一侧放置一个大电容,而在另一侧,则您的放大器的输入(或输出)电容只有一个小得多的电容,那么总(串联)电容将是多少?这可能是不可预测的,并且由小电容决定。
隔离xtal以防止其看到小电容是提高其稳定性的一种方法(据我所知,尽管很少使用后一种方案)。
回到第一个应用笔记:
振荡器设计充其量是不完美的艺术。理论和实验设计技术应结合使用。
因此,请尝试一下[最好先在Sim卡中使用],然后再在实际电路板上试一下,看看是否值得尝试节省这个上限。
并且由于放大器/驱动器的特性很重要,因此请注意ST应用笔记中的以下建议:
许多晶体制造商可以根据要求检查微控制器/晶体配对的兼容性。如果判断该配对有效,则他们可以提供报告,其中包括建议的CL1和CL2值以及振荡器负电阻测量值。
最后,有时会故意在这些电容之间引入不平衡状态,以增加振荡器的输出电压(为此,您需要将其减小一个),但这也会增加xtal的功耗:
我认为将晶体电容器串联是没有帮助的。它们都执行相似的工作,但是在电路的不同部分起作用。第一个电容器(也是最重要的电容器)位于反馈到逆变器输入端的回路上:-
上图的左半部分显示了一个10 MHz晶振的等效电路以及一个接地的20pF电容器(C3)。V1是驱动源,在右边,我绘制了频率和相位响应。还要注意R2的存在(我将在后面进一步解释)。
在刚好超过10MHz的情况下,电路的相角非常接近180度,这很重要,因为晶体是由反相器驱动的。反相器产生180度相移(又称反相),晶体及其外部电容器又产生180度,因此产生360度并具有正反馈。
另外,要保持振荡,增益必须大于1。关于上图,在10 MHz以上时,电路会产生增益,即H(s)大于1,如果网络产生了180度相移,则会发生振荡。 。
为什么要在晶体的驱动侧增加额外的电容器?
这不仅防止了晶体被过分驱动,而且还产生了一些额外的相移度,并允许电路振荡。注意标有R2的100欧姆电阻-它限制了流入晶体的电流,但此时额外的接地电容会增加所需的相移。
许多晶体振荡器电路没有显示该串联电阻,因为它利用了逆变器的非零输出阻抗。如果您有一个相对强大的逆变器(能够驱动数十毫安的电流),那么就需要一个电阻并加以考虑-谁会在不考虑串联电阻的情况下在逆变器的原始输出上施加20pF的电流?
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