為什么晶振的頻率是32.768kHz？

[導(dǎo)讀] 振蕩電路用于實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC,對(duì)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(gè)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(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC,對(duì)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(gè)帶外部電阻的電容以構(gòu)成振蕩電路。

  

  32.768KHZ的時(shí)鐘晶振產(chǎn)生的振蕩信號(hào)經(jīng)過石英鐘內(nèi)部分頻器進(jìn)行15次分頻后得到1HZ秒信號(hào),即秒針每秒鐘走一下,石英鐘內(nèi)部分頻器只能進(jìn)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(hào),時(shí)鐘就不準(zhǔn)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(duì) MCU 晶體兩邊要接一個(gè)22pF附近的電容不理解,因?yàn)檫@個(gè)電容有些時(shí)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(fù)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(gè)電容,他們認(rèn)為按參考設(shè)計(jì)做就行了,本人也是如此,直 到有一次一個(gè)手機(jī)項(xiàng)目就因?yàn)檫@個(gè)電容出了問題,損失了幾百萬(wàn)之后,才開始真正的考慮這個(gè)電容的作用。 其實(shí) MCU 的振蕩電路的真名叫“三點(diǎn)式電容振蕩電路”,請(qǐng)參考圖片。

  

  晶體,相當(dāng)于三點(diǎn)式里面的電感,C1 和 C2 就是電容,5404 和 R1 實(shí)現(xiàn)一個(gè) NPN 的三 極管,大家可以對(duì)照高頻書里的三點(diǎn)式電容振蕩電路。接下來(lái)分析一下這個(gè)電路。

  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。

  接下來(lái)用通俗的方法講解一下這個(gè)三點(diǎn)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(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°,接下來(lái)主要講解這個(gè)相位問題: 5404 因?yàn)槭欠聪嗥?也就是說實(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)大家最簡(jiǎn)單的可以以地作為參考,諧振的時(shí)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(shí)現(xiàn) 180 移相。 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)不是說沒有 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)?7404 的電壓反饋是靠 C2 的,假設(shè) C2 過大,反饋電壓過低,這個(gè)也是不穩(wěn)定,假設(shè) C2 過小,反饋電壓過高,儲(chǔ)存能量過少,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,尤其是 VCO 之類的振蕩電路,更應(yīng) 該考慮分布電容。

  有些用于工控的項(xiàng)目,建議不要用晶體的方法振蕩,二是直接接一個(gè)有源的晶振 很多時(shí)候大家會(huì)用到 32.768K 的時(shí)鐘晶體來(lái)做時(shí)鐘,而不是用單片機(jī)的晶體分頻后來(lái)做時(shí)鐘,這個(gè)原因很多人想不明白,其實(shí)這個(gè)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(cuò),形成了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn), 比較容易做高。