晶體一秒變晶振，成本直降60%！
通常，我們會(huì)將“晶體”（Crystal）和“晶振”（Oscillator）都叫成“晶振”，這種叫法并不恰當(dāng)。
無(wú)源晶體是有兩個(gè)引腳的無(wú)極性元件，如圖1(a)。正常工作時(shí)，需要借助外部電路產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身并不需要單獨(dú)外加電源。
而有源晶振一般有四個(gè)引腳，如圖1(b)，其內(nèi)部集成石英晶體、晶體管、電阻電容等元件。晶振是一個(gè)完整的振蕩器，只需要外加適當(dāng)電源就能正常工作，無(wú)需其他外加電路。
在設(shè)計(jì)時(shí)，工程師要盡可能的降低設(shè)計(jì)成本，從表1中看出這種晶體轉(zhuǎn)晶振的電路可以使晶振的成本降低60%。
| 晶振電路 | 元件 | 價(jià)格 | 晶振總價(jià) |
|---|---|---|---|
| 有源晶振電路 | 有源晶振 | 4元左右 | 4元左右 |
| 無(wú)源晶體轉(zhuǎn)有源晶振電路 | 無(wú)源晶體 | 0.8元左右 | 2.3元左右 |
| 無(wú)緩沖反相器 | 0.5元左右 | ||
| 電阻、電容 | 0.1元左右 |
采用晶體外加無(wú)緩沖反相器等元件組成晶振電路，原理及元件如圖2。
電路中電阻和電容的選擇取決于反向器增益、頻率穩(wěn)定性、功耗、晶體特性和啟動(dòng)時(shí)間等，推薦參數(shù)如表2。
U1：增加U1B主要是為了增大輸出能力。無(wú)緩沖反相器的型號(hào)可以選擇NXP、ON、TI等廠家的雙反相器芯片。
RF：反向器的反饋電阻，它將反向器偏置在線性區(qū)域內(nèi)。選擇的RF值需要足夠大，以便反向器的輸入阻抗可以與晶體匹配。通常情況下，選擇的值在1M?與10M?之間。
RS：將反向器的輸出與晶體隔離開(kāi)來(lái)，防止寄生高頻振蕩，以便獲得良好的波形。通過(guò)選擇大約等于容抗的值（RS≈XC2）可以獲得可以接受的結(jié)果。
C1、C2：選擇C1和C2的值時(shí)，要使C1和C2的并聯(lián)值等于晶體數(shù)據(jù)表中指定的建議負(fù)載電容 (CL)。另外，電容的選擇還關(guān)系到晶振的啟動(dòng)時(shí)間、相移、諧振頻率等。
測(cè)試電路時(shí)，我們選用了三種不同頻率的晶體（見(jiàn)表3）和三個(gè)廠家的無(wú)緩沖反相器進(jìn)行組合測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。
| 標(biāo)稱頻率 | 16.00MHz | 24.00MHz | 27.12MHz |
|---|---|---|---|
| 負(fù)載電容 | 20pF | 20pF | 20pF |
| 調(diào)整頻差 | ±30 ppm | ±30 ppm | ±30 ppm |
| 工作溫度 | -20℃~+70℃ | -20℃~+70℃ | -20℃~+70℃ |
| 溫度頻差 | ±30 ppm | ±30 ppm | ±30 ppm |
| 反相器型號(hào) | 標(biāo)稱頻率 | 測(cè)試頻率(MHz) |
|---|---|---|
| NL27WZU04(ON) | 24.00MHz | 23.999529~23.999535 |
| NL27WZU04(ON) | 27.12MHz | 27.120630~270120635 |
| 74HC2G104(NXP) | 16.00MHz | 16.000111~16.000114 |
| 74HC2G104(NXP) | 24.00MHz | 23.998941~23.998946 |
| SN74LVC1GX04(TI) | 16.00MHz | 16.000033~16.000036 |
| SN74LVC1GX04(TI) | 27.12MHz | 27.120341~27.120345 |
頻率：由晶振的調(diào)整頻差（25℃±2℃）可以知道，晶體頻率在其容忍頻率范圍內(nèi)變動(dòng)是允許的。表4中的測(cè)試頻率均在允許范圍內(nèi)，并且變動(dòng)范圍較小。
高低溫測(cè)試：根據(jù)晶體的工作溫度，分別測(cè)試和記錄了電路在85℃、70℃、50℃、25℃、0℃、-20℃、-40℃下的輸出頻率、占空比等參數(shù)，晶振均能順利啟振并參數(shù)正常。由于數(shù)據(jù)較多，篇幅有限，這里就不再列舉。
利用無(wú)源晶體的有源晶振不僅技術(shù)上可行，而且可以降低成本。
TI在2011年針對(duì)工業(yè)控制領(lǐng)域推出了低成本，高性能的Cortex?-A8內(nèi)核AM335x系列處理器，致遠(yuǎn)電子采用AM335x處理器，推出了采用郵票孔封裝的M3352_YP核心板以滿足客戶高穩(wěn)定性的需求。
當(dāng)客戶M3352_YP做外圍電路時(shí)，如需要使用百兆以太網(wǎng)功能，需要外加PHY電路，PHY芯片通常可以選擇DSZ8041或者DP83848，在使用RMII接口時(shí)，無(wú)論選擇何種型號(hào)的PHY芯片，都需要為PHY芯片提供一路50MHz的CLK信號(hào)。為了降低成本可以采用50.000M晶體+NL27WZU04的方式為PHY提供50.000M的時(shí)鐘源。
