Geyer晶體或振蕩器–哪一種以及如何應用？

在設計新的電子電路時，設計工程師通常需要考慮石英晶體或振蕩器是否是合適的選擇：有多少空間可用？頻率穩定性的要求是什么？組件和開發這部分電路的成本是多少？

少量-振蕩器是合適的選擇

通過使用晶體，設計工程師可以構建任何振蕩電路。那么，為什么現成的振蕩器即使在時鐘生成等簡單應用中也經常使用呢？顯然，原因不僅在于所需的頻率穩定性。安全的啟動條件以及任何所需環境條件的可靠性也將發揮作用。此外，晶體的使用需要一定的努力來使電路適應晶體并確保電路的可靠啟動性能。

因此，建議少量使用以節省設計成本并使用比晶體更昂貴的振蕩器。通過使用振蕩器，不需要像晶體那樣的其他外部組件。這也可以節省PCB上的空間。石英晶體振蕩器很容易獲得，例如尺寸為7 x 5mm SMD或更小（圖1）。微控制器的手冊通常包含如何應用外部振蕩器的信息。

通過晶體和分立元件構建自己的振蕩電路對于更大的數量或如果不使用帶有內部振蕩器的IC，可能會變得經濟。可以選擇Pierce或Colpitts振蕩器。此外，可以通過反相器電路的適當反饋來創建振蕩器（圖2）。

晶體在微控制器中的應用

大多數微控制器已經包含了時鐘電路的基本組件。為了完成皮爾斯或科爾皮茨振蕩器類型的電路，只需要一個晶體和其他外部無源元件。微控制器的應用手冊描述了必要的細節。為了最大限度地減少任何寄生效應，從微控制器到晶體電路的所有連接都應盡可能短。

在40MHz及以上的頻率下，使用泛音晶體。這些泛音晶體需要一個特殊的濾波電路來抑制基本模式。濾波電路由電容器和電感組成。如果省略濾波器，則電路以其基本模式振蕩（例如：預期48MHz的第三泛音晶體，電路以16MHz振蕩）。帶有泛音晶體的振蕩器電路應該非常謹慎地進行尺寸和測試。

Geyer晶體或振蕩器–哪一種以及如何應用？

帶外部晶體的皮爾斯振蕩器（基本模式）

如果微控制器配備皮爾斯振蕩器配置，晶體將連接到兩個電容器，如圖所示。3（C1和C2）。對于4MHz以上的頻率，不需要額外的串聯電阻器，因為適當的串聯電阻器通常包括在微控制器的逆變器級內。此外，高歐姆電阻器集成在微控制器內，用于調節直流工作電壓（圖3中為1MΩ）。CS1和CS2包括微控制器的輸入和輸出電容以及由PCB上的導電路徑貢獻的其他電容。通過外部電容器C1和C2，整個電路電容適合于貼片晶振晶體CL的指定負載電容：

示例：提供CL=16pF。假設CS1＝CS2＝12pF，外部電容器可以被評估為C1＝15pF和C2＝27pF。這些應被視為以下優化的初始值。為了提高電路的啟動性能，C1小于C2。

如果頻率與晶體的實際諧振頻率匹配，則晶體電路處于最佳狀態。晶體在其指定負載電容下的實際諧振頻率可以在其測試記錄中找到。

應在沒有來自探頭的任何反饋的情況下測量頻率。這通常可以通過在微控制器的另一個端口處測量頻率來實現。如果晶體被電容器過載，則頻率小于所需頻率（否則頻率更大）。

皮爾斯振蕩器的串聯電阻器

如上所述，對于頻率低于4MHz的皮爾斯振蕩器配置的微控制器，可能需要外部串聯電阻器。串聯電阻器RV將有助于抑制不想要的泛音，并使內部振蕩器適應由C1、C2和晶體組成的外部pi電路。串聯電阻器RV可評估如下：RV與電容器C2串聯，因此起到低通濾波器的作用（圖2）。應提供C2的值。通過選擇RV，截止頻率fT應在基本模式頻率和第三泛音之間（方程2和3）。

Geyer晶體或振蕩器–哪一種以及如何應用？

帶外部晶體的Colpitts振蕩器（基本模式）

如果微控制器提供Colpitts振蕩器配置，則微控制器顯示如圖所示的電路。4.電容器C1和C2的選擇如等式（1）所述。
示例：提供CL=16pF。假設CS1＝CS2＝10pF，外部電容器可以被評估為C1＝C2＝22pF。如上所述，應在沒有任何探針反饋的情況下測量頻率。

只有一個基本模式晶體輸入的微控制器

有時，微控制器的手冊只顯示了晶體的一個輸入。石英晶振晶體和電容器都接地，如圖所示。5.微控制器制造商的意圖是調整負載電容或確保晶體的直流絕緣（或兩者）。
一個可行的解決方案是選擇一個電容值，該電容值與晶體的指定負載電容大致相同（方程4）。

示例：提供CL=16pF。用于優化的合適的初始值是C1＝16pF。該值應分別通過無反饋頻率測量進行檢查和校正

應始終檢查啟動裕度

為了檢查晶體是否能可靠地開始振蕩，可以手動將電阻器串聯焊接到晶體上。SMD電阻器最適合此測試。即使電阻值比晶體的最大規定諧振電阻高X倍，電路也應振蕩。

晶體的最大指定諧振電阻可以在其數據表中找到。在整個要求的溫度范圍內，系數X應為3至5。對于特殊應用，更高的系數X是合適的。
示例：提供諧振電阻R1，最大值=100Ω。如果電路用于工業目的，即使手動焊接的測試電阻器的值為300Ω至500Ω，電路也應正常工作。

結論：
對于較小的數量，使用振蕩器而不是晶體更經濟。石英晶體振蕩器易于應用并提供可靠的操作。對于更大的數量，并且僅用作簡單的時鐘發生器時，晶體比振蕩器更合理。本文描述了如何評估所需的外部組件。此外，還提出了一種檢查啟動性能的簡單方法。

照片1:SMD晶體振蕩器，尺寸為7x5mm。
此類振蕩器適用于1MHz至160MHz的頻率范圍以及1,8V/2,5V/3,0V/3,3V和5V的電源電壓。（GEYER Electronic）
照片1:SMD晶體振蕩器，尺寸為7x5mm。
此類振蕩器適用于1MHz至160MHz的頻率范圍以及1,8V/2,5V/3,0V/3,3V和5V的電源電壓。（GEYER Electronic）

照片2：皮爾斯振蕩電路與再生逆變器和一個基本模式石英晶體。RGK是一種用于調節直流工作電壓的高歐姆電阻器。
RV是用于抑制泛音頻率的串聯電阻器。C1和C2用于將總電容負載調整為晶體的指定負載電容。RV、晶體、C1和C2提供相移。與（放大）反相器的180°相移一起，可以實現振蕩的必要條件。

照片3：具有皮爾斯振蕩器配置的微控制器的典型外部電路。

照片4：具有Colpitt振蕩器配置的微控制器的典型外部電路。

照片5：例如，如果微控制器手冊只顯示了一個晶體的一個輸入。