关于并联电阻在无源晶振电路中的作用,解释如下:
通常,微控制器的时钟电路使用外部无源晶振与负载电容相结合,以连接到微控制器的 Xin 和 Xout 引脚。无源晶振不能自行振荡,因此需要外部谐振电路来产生振荡信号。
(12MHz无源晶振电路图例)
然而,在实际电路设计中,电阻通常在无源晶振(晶体谐振器)上并联,该电阻器被称之为反馈电阻器。
(12MHz无源晶振电路图例)
并联反馈电阻的作用
首先,我们来看看时钟电路的基本原理。通常,时钟电路也称为皮尔斯振荡器电路,因为它们简单、高效且稳定,优于其他类型的石英晶体振荡器电路。皮尔斯振荡器需要很少的元件:一个逆变器、一个电阻器、一个石英晶体谐振器和两个小电容器。
对于微控制器,大多数芯片通常在内部包含一个逆变器,有些芯片可能还内置了一个并联反馈电阻器。此信息可在特定芯片的数据表中找到。如果没有,您可以考虑在晶体端添加一个外部反馈电阻。
增强稳定性,便于振荡
微控制器中的内部逆变器是施密特触发逆变器,它不能驱动无源晶振的振荡。因此,在逆变器的两端并联一个电阻器以完成输出信号,将180度异相反馈回输入端进行负反馈,形成负反馈放大电路,实现信号反转。此外,并联电阻降低了谐振阻抗,使振荡器更容易启动。同时,增加负反馈电阻可提高稳定性。换言之,即使温度有变化,添加电阻器也可以降低振荡器的频率漂移。如果没有反馈电阻,晶体振荡器电路可能会振荡,但存在不起振或停振的风险。
在其线性区域内运行逆变器
该电阻器使逆变器在其线性区域内工作,将其变成高增益反相放大器并确保发生振荡。假设该逆变器是具有无限输入阻抗和零输出阻抗的理想逆变器,并联电阻器可确保输入电压等于输出电压,从而防止逆变器内的晶体管在完全饱和或完全截止状态下工作。相反,它们在中间过渡区域工作,并有增益。在完全饱和或完全截止状态下工作对应于饱和,饱和没有增益,没有增益,振荡就不会发生。逆变器的线性区域位于下图中的阴影区域内,确保逆变器输入端的工作点电压为 VDD/2。这保证了当振荡信号反馈到输入端时,逆变器在适当的工作区域内工作。
振荡电路的阻抗在高低温环境下会发生变化,当阻抗增大到一定程度时,晶振可能会遇到振荡或不振荡的困难。在这种情况下,有必要检查并联反馈电阻的值是否合适。通常,在时钟电路中,晶振频率与反馈电阻尺寸之间的关系如下: