?STM32中晶振的原理與作用

晶振在電氣上可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。我們具體看一下例子：

Y1是晶體，相當(dāng)于三點(diǎn)式里面的電感，C1和C2就是電容，5404非門(mén)和R1實(shí)現(xiàn)一個(gè)NPN的三極管， 5404必需要一個(gè)電阻，不然它處于飽和截止區(qū)，而不是放大區(qū)，R1相當(dāng)于三極管的偏置作用，讓5404處于放大區(qū)域，那么5404就是一個(gè)反相器，這個(gè)就實(shí)現(xiàn)了NPN三極管的作用，NPN三極管在共發(fā)射極接法時(shí)也是一個(gè)反相器。

大家知道一個(gè)正弦振蕩電路要振蕩的條件是，系統(tǒng)放大倍數(shù)大于1，這個(gè)容易實(shí)現(xiàn)，相位滿足360度，與晶振振蕩頻率相同的很小的振蕩就被放大了。接下來(lái)主要講解這個(gè)相位問(wèn)題： 5404因?yàn)槭欠聪嗥?，也就是說(shuō)實(shí)現(xiàn)了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1實(shí)現(xiàn)180°移相就可以，恰好，當(dāng)C1，C2，Y1形成諧振時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)180移相，這個(gè)大家可以解方程等，把Y1當(dāng)作一個(gè)電感來(lái)做。也可以用電容電感的特性，比如電容電壓落后電流90°，電感電壓超前電流90°來(lái)分析，都是可以的。當(dāng)C1增大時(shí),C2端的振幅增強(qiáng)，當(dāng)C2降低時(shí)，振幅也增強(qiáng)。有些時(shí)候C1，C2不焊也能起振，這個(gè)不是說(shuō)沒(méi)有C1，C2，而是因?yàn)樾酒_的分布電容引起的，因?yàn)楸緛?lái)這個(gè)C1，C2就不需要很大，所以這一點(diǎn)很重要。接下來(lái)分析這兩個(gè)電容對(duì)振蕩穩(wěn)定性的影響。

因?yàn)?404的電壓反饋是靠C2的，假設(shè)C2過(guò)大，反饋電壓過(guò)低，這個(gè)也是不穩(wěn)定，假設(shè)C2過(guò)小，反饋電壓過(guò)高，儲(chǔ)存能量過(guò)少，容易受外界干擾，也會(huì)輻射影響外界。C1的作用對(duì)C2恰好相反。因?yàn)槲覀儾及宓臅r(shí)候，假設(shè)雙面板，比較厚的，那么分布電容的影響不是很大，假設(shè)在高密度多層板時(shí)，就需要考慮分布電容。如何得出晶振的負(fù)載電容：晶振線路兩旁電容C1,C2.晶振匹配電容選擇：[（C1*C2）/（C1+C2）]+(4~6PF)雜散電容.C1,C2是晶振旁邊的兩顆外接電容.

在PCB布線中晶振的要求：

1. 晶振內(nèi)部存在石英晶體，受到外部撞擊或跌落時(shí)易造成石英晶體斷裂破損，進(jìn)而造成晶振不起振，所以在設(shè)計(jì)電路時(shí)要考慮晶振的可靠安裝，其位置靠近CPU 芯片優(yōu)先放置，遠(yuǎn)離板邊。

2. 在手工焊接或機(jī)器焊接時(shí)，要注意焊接溫度。晶振對(duì)溫度比較敏感，焊接時(shí)溫度不能過(guò)高，并且加熱時(shí)間盡量短?

3. 耦合電容應(yīng)盡量靠近晶振的電源引腳，位置擺放順序：按電源流入方向，依容值從大到小依次擺放，容值最小的電容最靠近電源引腳。

4. 晶振的外殼必須接地，可以晶振的向外輻射，也可以屏蔽外來(lái)信號(hào)對(duì)晶振的干擾。

5. 晶振下面不要布線，保證完全鋪地，同時(shí)在晶振的300mil范圍內(nèi)不要布線，這樣可以防止晶振干擾其他布線、器件和層的性能。

6. 時(shí)鐘信號(hào)的走線應(yīng)盡量短，線寬大一些，在布線長(zhǎng)度和遠(yuǎn)離發(fā)熱源上尋找平衡。

7. 進(jìn)行包地處理