用非门74HC04与无源晶振产生时钟信号的两种电路.docx

用非门74HC04与无源晶振产生时钟信号的两种电路第一种如下图所示，此电路晶振频率不能太高，5Mhz以上不适用。不作研究第二种如下图，比较好用。以下是网上摘录的关于该电路的相关描述： 时钟信号为CMOS电平输出，频率等于晶振的并联谐振频率。74HC04相当于一个有很大增益的放大器；R2是反馈电阻，取值一般1M，它可以使反相器在振荡初始时处于线性工作区，不可以省略，否则有时会不能起振。R1作为驱动电位调整之用，可以防止晶振被过分驱动而工作在高次谐波频率上。C1、C2为负载电容，实际上是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点。以接地点即分压点为参考点，输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看，形成一个正反馈以保证电路持续振荡。C1、C2会稍微影响振荡频率。74HC04可以用74AHC04或其它CMOS电平输入的反相器代替，不过不能用TTL电平输入的反相器，因为它的输入阻抗不够大，远小于电路的反馈阻抗。实际使用时要处理好R1和R2的值，经试验，太小的R1或太大的R2会有可能导致电路工作在晶振的高次谐振频率上（常见的是3次谐波，10MHz的晶振会产生30MHz的频率输出）。对于10MHz的晶振，采用R1=220、R2=1M可以使电路稳定输出10MHz的方波时钟信号。晶振电路用反向器（74LS00）与晶振、两个小电容、一个大电阻。用的是典型电路，可在示波器上就是不振? HC的或HCT的才行，如果电容小的话，应该用MOS输入的门。LS芯片的最高截止频率没问题，原因是LS芯片需一个百欧级偏置电阻才能达到线性状态，此时增益又不够。 HC和LS速度上并无区别（最大40兆），问题出在振荡电路是将非门当成线性反向放大器来使用。HC只要加个10兆电阻即可，此时仍有足够的放大倍数（约100）。LS加个1兆电阻仍是非线性状态，不可能振荡，需要5千才能线性，但此时负反馈太深，放大倍数过小（小于10），仍不可能振荡。原先CMOS比TTL的速度低，高速CMOS与TTL的速度低错不多，由于CMOS的优点工耗低，故得以发展，HC就是高速CMOS，但TTL的可靠性要好（短路不会烧掉，CMOS就不同啦）。我想很多的单片机爱好者对晶振两边要接22或者30pF的电容不理解，因为电容有些时候是可以不要的。其实单片机和其他一些IC的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，如下图0Y1是晶体，相当于三点式里面的电感，C1和C2就是电容，5404非门和R1实现一个NPN的三极管，接下来分析一下这个电路。5404必需要一个电阻，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1相当于三极管的偏置作用，让5404处于放大区域，那么5404就是一个反相器，这个就实现了NPN三极管的作用，NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是，系统放大倍数大于1，这个容易实现，相位满足360度，与晶振振荡频率相同的很小的振荡就被放大了。接下来主要讲解这个相位问题：5404因为是反相器，也就是说实现了180移相，那么就需要C1，C2和Y1实现180移相就可以，恰好，当C1，C2，Y1形成谐振时，能够实现180移相，这个大家可以解方程等，把Y1当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性，比如电容电压落后电流90，电感电压超前电流90来分析，都是可以的。当C1增大时,C2端的振幅增强，当C2降低时，振幅也增强。有些时候C1，C2不焊也能起振，这个不是说没有C1，C2，而是因为芯片引脚的分布电容引起的，因为本来这个C1，C2就不需要很大，所以这一点很重要。接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。因为5404的电压反馈是靠C2的，假设C2过大，反馈电压过低，这个也是不稳定，假设C2过小，反馈电压过高，储存能量过少，容易受外界干扰，也会辐射影响外界。C1的作用对C2恰好相反。因为我们布板的时候，假设双面板，比较厚的，那么分布电容的影响不是很大，假设在高密度多层板时，就需要考虑分布电容。有些用于工控的项目，建议不要用无源晶振的方法来起振，而是直接接有源