兩非門晶振振蕩電路的設(shè)計(jì)

吳 振，趙 軍，潘巧智，金俊康，王藝錚

(遼寧科技學(xué)院 曙光大數(shù)據(jù)學(xué)院，遼寧 本溪 117004)

振頻率檢測(cè)是系統(tǒng)測(cè)試精度的重要保證，其核心部分為晶振振蕩電路的設(shè)計(jì)。

在文獻(xiàn)〔1〕、〔2〕中提出了基于如下結(jié)構(gòu)的低頻振蕩電路：

圖1 單非門振蕩電路

該電路僅用了一個(gè)非門，具有較高的經(jīng)濟(jì)性，但是實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)該電路對(duì)低頻晶振，如32.768 KHz、40 KHz的晶振存在參數(shù)不易調(diào)節(jié)，不容易起振現(xiàn)象。同時(shí)負(fù)載電容C1、C2的存在，導(dǎo)致了振蕩頻率有所偏差。

針對(duì)上述不足，本文提出了一種兩非門的振蕩電路。

1 電路設(shè)計(jì)

圖2中，整個(gè)電路運(yùn)用一片74HC04，3 M歐姆電阻為每個(gè)非門提供了靜態(tài)工作點(diǎn)，該靜態(tài)工作點(diǎn)大約為2.5 V，保證兩個(gè)非門處于線性放大狀態(tài)。C1用于隔直通交。

圖2 兩非門低頻振蕩電路

二非門實(shí)現(xiàn)了正反饋，根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕晶振的等效阻抗在其串聯(lián)諧振時(shí)候?yàn)樽钚?，于是在U1A的輸入端獲得最大輸入值，再通過兩級(jí)正反饋后，獲得更大的幅值，理論上具備了起振條件。

圖3為晶振的等效模型。Co為靜電容；L為動(dòng)態(tài)電感；C為動(dòng)態(tài)電容；R為動(dòng)態(tài)電阻。

圖3 晶振等效電路圖

根據(jù)文獻(xiàn)〔4〕、〔5〕，低頻晶振的串聯(lián)等效阻抗一般為40 K歐姆，大于1 MHz的晶振串聯(lián)等效阻抗大約為200歐姆以下，455E晶振大約40歐姆以下。

假設(shè)U1A的輸入阻抗為Rin，串聯(lián)諧振阻抗為Rs，則反饋系數(shù)F為：

F=Rin/(Rin+Rs)

(1)

二非門都處在放大狀態(tài)，設(shè)整體放大倍數(shù)為Av，系統(tǒng)振蕩需要滿足如下起始條件：

Av*Rin/(Rs+Rin)>1

(2)

74 HC系列其輸入阻抗Rin一般為M歐姆級(jí)別，對(duì)于低頻晶振而言，其反饋系數(shù)F較大(接近1)，起振容易。但是由于74 HC系列的Tpd較大，在實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)圖2電路對(duì)于1 MHz以上的晶振起振不穩(wěn)定或者無法起振。

74 LS系列的輸入阻抗較小，對(duì)于低頻晶振，其反饋系數(shù)F較小，不容易起振；但是，1 MHz以上的晶振的串聯(lián)諧振阻抗較?。欢?4 LS系列數(shù)字門的Tpd很小，可以選用74 LS系列的非門替代圖2的設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 兩非門中頻振蕩電路

2 測(cè)試結(jié)果

對(duì)電路的測(cè)試條件如下：

1)VCC為5.0 V;

2)電阻采用1/8 W，電容為陶瓷電容。

測(cè)試結(jié)果如下：

圖5(1) 32.768 KHz晶振輸出波形(低頻)

圖5(2)40 KHz晶振輸出波形(低頻)

圖5(3) 455 KHz晶振輸出波形(中頻)

圖5(4) 2.4 576 MHz晶振輸出波形(中頻)

圖5(5)12 MHz晶振輸出波形Vpp=4.4 V

圖5(6) 24 MHz晶振輸出波形Vpp=3.9 V

3 結(jié)論

(1)電路的通用性較好，經(jīng)過對(duì)不同廠家的晶振測(cè)試，都能正常起振，無需額外微調(diào)。

(2)電路的穩(wěn)定性好，振蕩頻率穩(wěn)定，且基本與標(biāo)稱值一致。

(3)24 MHz晶振的反饋減少，于是出現(xiàn)正弦波，而不是方波，但是幅值滿足一般要求。

(4)由于沒有單非門振蕩電路的負(fù)載電容，因此振蕩精度有提升。