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有源的石英晶体振荡器是产品电路板上最常见的电子零部件,而且可以不用在外部接电源,就可以自己振荡,比起普通的无源压电石英晶体拥有更好的稳定性,生产厂家们会把有源晶振用到高要求的高端产品身上。当然,无论是石英晶体还是石英晶体振荡器,都会设计输出串联电阻,让晶振的输出信号持续不中断。
一般大公司硬件电路都有最小化设计,是长期经验总结出来的,为的是减少重复性劳动和确保产品质量。大家画图基本上直接抄模块电路,审查的人也按照标准电路检查,这样就不用每次都考虑如何设计。有源晶振输出串电阻就来自于最小化设计,对于数字电路里最重要的时钟源部分,应该特别注意保证信号完整性,最小化设计中晶振外围电路除了电阻还要有一些其他器件。
串电阻是为了减小反射波,避免反射波叠加引起过冲。有时,不同批次的板子特性不一样,留个电阻位置便于调整板子状态到最佳。如无必要串电阻,就用0欧电阻连接。反射波在大部分电路里有害,但PCI却恰恰利用了反射波形成有效信号。
(1)减少谐波,普通有源晶体振荡器输出的是方波,这将引起谐波干扰,尤其是阻抗严重不匹配的情况下,加上电阻后,该电阻将与输入电容构成RC积分平滑电路,将方波转换为近似正弦波,虽然信号的完整性受到一定影响,但由于该信号还要经过后级放大、整形后才作为时钟信号,因此,性能并不受影响,该电阻的大小需要根据输入端的阻抗、输入等效电容,有源石英晶振的输出阻抗等因素选择。
(2)阻抗匹配,减小回波干扰及导致的信号过冲。我们知道,只要阻抗不匹配,都会产生信号反射,即回波,有源晶体的输出阻抗通常都很低,一般在几百欧以下,而信号源的输入端在芯片内部结构上通常是运放的输入端,由芯片的内部电路与外部的无源石英晶体谐振器构成谐振电路(使用有源晶体后就不需要这个晶体了),这个运放的输出阻抗都在兆欧以上。
总之,有源的串47-50欧姆的是做阻抗匹配。无源的串电阻是在晶振反馈回路中串,作为控制其Q值。无源晶振也经常并一个电阻,好像是为了让晶振更容易起振,一般选取兆欧级别的。