与晶振并联的1M电阻是什么用?为何有的有用,有的没有用?应该如何选择?

在实际的产品设计时,针对晶振部分的电路,你会发现会有下面2种电路,图1电路中,没有1M的电阻;图2电路中,晶振会并联一个1M的电阻。

对于晶振电路您可以会产生下面的疑问:

1M电阻具体是什么作用呢?

为什么有的时候有,有的时候没有?

为什么电阻的阻值是1M,而不是其他阻值?

带着这些疑问,本文我们深入讲解一下晶振电路中的电阻的作用。

一:皮尔斯振荡器(Pierce oscillator)

普通石英晶振可以正常起振的原理是:芯片内部电路与外部晶振和匹配电容组成皮尔斯振荡器电路,如下图3所示。

皮尔斯振荡器因为组成电路比较简单(一个反相器、一个电阻、晶体振荡器、2个电容),并且工作时比较稳定而被广泛应用在几乎所有的数字IC的时钟电路中。

本文中讲述一下该电路工作稳定的两个条件:

在所需的振荡频率下,环路增益的乘积必须等于或大于1。

环路周围的相移必须为零或 2π(360°) 的任何整数倍。

如下图4所示;

如果 U1 提供 -180° 相移,则其余外部组件需要额外的 -180° 才能满足标准。,相移将自动调整为围绕环路精确的 360°,以保持振荡。

如果 U1 提供 -185° 相移,则其余组件将在正常工作的设计中自动提供 -175° 相移。

二:反馈电阻Rf作用

Rf是反馈电阻,它使反相器U1工作在线性放大区。

反馈电阻连接在 U1的Vin 和 Vout 之间,以便将放大器偏置在 Vout = Vin 并迫使其在线性区域,即图5中阴影区域内。实际上反相器电路中许多电路不加这个电阻也能起振,因为一般的电路都有扰动信号,但有个别的反相门电路不加这个电阻就不能起振,因为扰动信号强度不够。

在低温环境下振荡电路阻抗也会发生变化,当阻抗增加到一定程度时,晶振就会发生起振困难或不起振现象。

如果您的产品出现了低温情况晶振不起振或者低温时MCU运行不正常的情况(有的芯片外部振荡电路不起振时可能会自动切换为内部晶振)。这时,我们就需要检查Rf这个电阻是否正确。阻值是否合理?是否应该接Rf实际没有接?

三:Rf的取值

Rf电阻的阻值选择满足如下的要求:

四:Rf的有无?

现在很多芯片的反馈电阻Rf已经集成到芯片内部,如STM32的晶振电路的框图如下方的图7所示

如果通过查询芯片手册并不能知道内部是否集成了Rf,可以通过如下方式进行测量:

  1. 在未连接外部元件(C1、C2 和 X1)的情况下,测量反相器的输入和输出的电压:
  2. 如果芯片内部集成了反馈电阻,那么测量的输入和输出引脚的电压将在 Vcc/2 左右;
  3. 如果芯片内部没有集成反馈电阻,则反相器将被锁存,输入和输出将处于逻辑“1”或逻辑“0”状态;即图5中的非阴影区域。

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来源:轩哥技术分享
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