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[導(dǎo)讀]在嵌入式電子系統(tǒng)中的震蕩電路通常采用有源晶振和無(wú)源晶振。有源晶振有著電路簡(jiǎn)單,頻率準(zhǔn)確但要消耗些能量的特點(diǎn)。無(wú)源晶振可以不適用外部電源,用電容或者電阻配合晶振產(chǎn)

在嵌入式電子系統(tǒng)中的震蕩電路通常采用有源晶振和無(wú)源晶振。有源晶振有著電路簡(jiǎn)單,頻率準(zhǔn)確但要消耗些能量的特點(diǎn)。無(wú)源晶振可以不適用外部電源,用電容或者電阻配合晶振產(chǎn)生所需頻率的波形。還有一種是主從芯片配合使用,主芯片一個(gè)管腳利用定時(shí)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生從芯片所需要的頻率波形,從芯片由此開(kāi)始工作。
在用示波器測(cè)試頻率較高的(10MHz)以上的方波時(shí),如果示波器探頭的底線較長(zhǎng),引起地線電感成分較大,從而導(dǎo)致容易發(fā)生諧振,觀察的結(jié)果為波形有很多振鈴現(xiàn)象。這時(shí)不妨將接地引線變短并且靠近測(cè)試點(diǎn)和測(cè)試探頭。
在電子產(chǎn)品的EMC/EMI測(cè)試中,經(jīng)常會(huì)由于晶振電路的問(wèn)題導(dǎo)致測(cè)試不通過(guò)。這時(shí)需要采用示波器觀測(cè)下波形的圖像,一般會(huì)有振鈴和過(guò)沖的發(fā)生,那么一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案就是在振源和波形接收端串聯(lián)一個(gè)鐵氧磁珠,如果還不滿足測(cè)試要求,可并聯(lián)一小電容接地,以此減小寄生震蕩,使震蕩波形變鈍。當(dāng)波形效果不是很好,或者波形頻率更高,那么可以在串聯(lián)一10幾到200歐的阻尼電阻進(jìn)行波形的修正,如下圖所示。


在調(diào)試模擬電路時(shí),特別是調(diào)試運(yùn)放電路時(shí),如果一不小心使電路參數(shù)達(dá)到了震蕩條件,那么這個(gè)電路就震蕩起來(lái)。振蕩電路有RC和LC之分,有著較為明顯的區(qū)別。RC震蕩電路應(yīng)用在頻率不高的場(chǎng)所,而LC震蕩電路所產(chǎn)生的頻率較高。LC震蕩電路設(shè)計(jì)比較麻煩,低頻范圍使用的RC震蕩電流,高頻震蕩電路使用LC振蕩器。由于振蕩電路通常設(shè)置為0°開(kāi)始,360°停止。因此LC震蕩電路不能像RC電路那樣修改L或者C來(lái)改變頻率。
首先看一下經(jīng)典的RC震蕩電路:


該電路通過(guò)對(duì)C1的充電放電達(dá)到震蕩的目的,震蕩頻率為f=1/RC,在實(shí)際電路中,由于IC芯片的輸入電容的影響,獲得的頻率會(huì)比計(jì)算的變小,如果再考慮導(dǎo)線中的雜散電容,電容選取100pF比較可靠。
還需注意,TTL施密特電路的閾值電壓比CMOS的電壓低,引起了電容兩端電壓壓差較大;TTL邏輯IC端口的低輸入阻抗原因,造成端口電流較大,電阻需要kΩ級(jí)別的,以此來(lái)滿足IC芯片的輸出電流特性。
最常用的RC震蕩電路為555震蕩電路,典型電路如下


通過(guò)調(diào)整R1、 R2和C1來(lái)調(diào)整占空比和波形頻率(由于555芯片內(nèi)部集成比較器,通過(guò)比較2/3vcc和1/3vcc來(lái)完成占空比的調(diào)整)。由于555定時(shí)器具有輸出電流大,設(shè)計(jì)比較便捷,控制調(diào)節(jié)方便,因此多應(yīng)用在兒童玩具等消費(fèi)類電子上。
高頻震蕩電路中多使用LC元件和晶體管的組合,在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中,通常使用次級(jí)線圈作為反饋,并切當(dāng)匝比最佳時(shí),從而保證電路的穩(wěn)定性。
比如下面電路,利用三極管的正反饋特性,充分利用LC的震蕩特性設(shè)計(jì)出一個(gè)自激震蕩的電路,仿真結(jié)果如圖。


如上圖所示,在協(xié)調(diào)電路中間設(shè)有抽頭,增加了次級(jí)線圈,便于設(shè)計(jì)的多樣性。另外,若實(shí)現(xiàn)高Q值得LC協(xié)調(diào)回路,只用一個(gè)晶體管的電路也能以波形失真小的信號(hào)進(jìn)行震蕩。
需要注意的是,LC震蕩電路應(yīng)用在超聲波振蕩器,高頻接近開(kāi)關(guān)和無(wú)線接收機(jī)等的震蕩電路中,應(yīng)用在震蕩頻率穩(wěn)定度要求不高的場(chǎng)合。
研究過(guò)嵌入式ARM系統(tǒng)的對(duì)PLL應(yīng)該有印象,不管是STM32或者cotex系列,都采用外部晶振,通過(guò)不同的PLL路徑進(jìn)行各個(gè)模塊頻率的合成,究其原因就是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)對(duì)震蕩電路精度要求較高,采用高精度晶振的震蕩形式。

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