為什么晶振的頻率是32.768kHz？

[導讀] 振蕩電路用于實時時鐘RTC,對于這種振蕩電路只能用32.768KHZ 的晶體,晶體被連接在OSC3 與OSC4 之間而且為了獲得穩(wěn)定的頻率必須外加兩個帶外部電阻的電容以構(gòu)成振蕩電路。

關(guān)鍵詞:石英鐘RTC振蕩電路晶振

  振蕩電路用于實時時鐘RTC,對于這種振蕩電路只能用32.768KHZ 的晶體,晶體被連接在OSC3 與OSC4 之間而且為了獲得穩(wěn)定的頻率必須外加兩個帶外部電阻的電容以構(gòu)成振蕩電路。

  

  32.768KHZ的時鐘晶振產(chǎn)生的振蕩信號經(jīng)過石英鐘內(nèi)部分頻器進行15次分頻后得到1HZ秒信號,即秒針每秒鐘走一下,石英鐘內(nèi)部分頻器只能進行15 次分頻,要是換成別的頻率的晶振,15次分頻后就不是1HZ的秒信號,時鐘就不準了。32.768K=32768=2的15次方,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換比較方便、精確。

  絕大多數(shù)的 MCU 愛好者對 MCU 晶體兩邊要接一個22pF附近的電容不理解,因為這個電容有些時候是可以不要的。參考很多書籍,講解的很少,往往提到最多的是起穩(wěn)定作用,負載電容之類的話,都不是很深入理論的分析。 問題是很多愛好者不去關(guān)心這兩個電容,他們認為按參考設(shè)計做就行了,本人也是如此,直 到有一次一個手機項目就因為這個電容出了問題,損失了幾百萬之后,才開始真正的考慮這個電容的作用。 其實 MCU 的振蕩電路的真名叫“三點式電容振蕩電路”,請參考圖片。

  

  晶體,相當于三點式里面的電感,C1 和 C2 就是電容,5404 和 R1 實現(xiàn)一個 NPN 的三 極管,大家可以對照高頻書里的三點式電容振蕩電路。接下來分析一下這個電路。

  5404 必需要一個電阻,不然它處于飽和截止區(qū),而不是放大區(qū),R1 相當于三極管的偏置作用,讓 5404 處于放大區(qū)域,那么 5404 就是一個反相器,這個就實現(xiàn)了 NPN 三極管的作用, NPN 三極管在共發(fā)射極接法時也是一個反相器。

  接下來用通俗的方法講解一下這個三點式振蕩電路的工作原理,大家也可以直接看書。 大家知道一個正弦振蕩電路要振蕩的條件是,系統(tǒng)放大倍數(shù)大于 1,這個容易實現(xiàn),相位滿足 360°,接下來主要講解這個相位問題: 5404 因為是反相器,也就是說實現(xiàn)了 180°移相,那么就需要 C1,C2 和 Y1 實現(xiàn) 180°移相 就可以,恰好,當 C1,C2,Y1 形成諧振時,能夠?qū)崿F(xiàn) 180 移相,這個大家最簡單的可以以地作為參考,諧振的時候,C1、C2 上通過的電流一樣,地在 C1、C2 中間,所以恰好電壓相反,實現(xiàn) 180 移相。 當 C1增大時,C2 端的振幅增強,當 C2 降低時,振幅也增強。

  有些時候 C1,C2 不焊也能起振,這個不是說沒有 C1,C2,而是因為芯片引腳的分布電容 引起的,因為本來這個 C1,C2 就不需要很大,所以這一點很重要。接下來分析這兩個電容 對振蕩穩(wěn)定性的影響。 因為 7404 的電壓反饋是靠 C2 的,假設(shè) C2 過大,反饋電壓過低,這個也是不穩(wěn)定,假設(shè) C2 過小,反饋電壓過高,儲存能量過少,容易受外界干擾,也會輻射影響外界。C1 的作用 對 C2 恰好相反。因為我們布板的時候,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,就需要考慮分布電容,尤其是 VCO 之類的振蕩電路,更應 該考慮分布電容。

  有些用于工控的項目,建議不要用晶體的方法振蕩,二是直接接一個有源的晶振 很多時候大家會用到 32.768K 的時鐘晶體來做時鐘,而不是用單片機的晶體分頻后來做時鐘,這個原因很多人想不明白,其實這個跟晶體的穩(wěn)定度有關(guān),頻率越高的晶體,Q 值一般難以做高,頻率穩(wěn)定度不高,32.768K的晶體穩(wěn)定度等各方面都不錯,形成了一個工業(yè)標準, 比較容易做高。