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    2018生肖走势图: 电子产品的心脏-时钟(2) - 时钟信号的产生

    2018-11-19 13:28:26 来源:电路设计技能
    标签:

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    上篇文章我们讲了时钟信号的几个重要参数,今天我们简单讲一下在设计中最常用到的几种时钟信号产生的方法,由于篇幅限制,我们不对具体的原理进行讲述,有兴趣的朋友可以在网上搜索相应的文章进行深入了解,另外对于简单的555、8038等振荡电路,以及复杂的通信中用到的时钟产生电路也不涉及。
     
    石英晶体和石英晶振
    毫无疑问,这是每个硬件工程师接触的最频繁的两种器件,几乎每个工程师的器件柜里都应该有的器件,只要你用处理器,无论是8位的8051还是32位的ARM器件,总有至少两个两个管脚等着你放一颗晶体(下图左侧的器件)和俩几十pF的电容,这样MCU的心脏才能跳动起来,也才能够在时钟脉冲(像人身体的脉搏)的驱动下去执行一条条的指令。
     
    石英晶体(Crystal)和晶振(crystal oscillator)
     
    大家要注意的是左侧的叫晶体(Crystal,也有人叫无源晶振,只有2个对称的管脚),里面的核心是一片薄薄的、具有压电效应的石英(比较便宜,且机械结构比较可靠)片,该石英片的厚度决定了振荡器的振荡频率,因此其厚度不可能无限制的薄,也就意味着石英晶体的振荡频率不可能无限制的高,一般在市场上很难买到30MHz以上的晶体,虽然有的公司能够提供到66MHz的晶体,但价格会非常的贵,因为要切割出如此高频率对应的薄石英片的成本会更高(良率比较低)。
     
    但,你却很容易买到右侧的80MHz、100MHz的晶振(Crystal Oscillator,有人叫有源晶振,有4个管脚 - 电源、地、输出、输出使能或空),为何?因为有源晶振本质上是个内部封装了石英晶体、振荡电路、输出电平调节电路的???,其振荡电路可以振荡在晶体的3x、5x乃至7x的谐波上,也被称为“泛音振荡器”,并能够满足你需要的电平。
     
    用晶体+反相器构成的振荡器电路
     
    石英晶体/晶振相比LC、RC、RLC振荡电路具有非常高的Q值,也就是非常高的精度和频率稳定度。我们小时候家里墙上挂的表(以及带的手表)都是机械的,校准后跑几天能差出好几分钟去,后来有了“石英钟(以及石英表)”,跑一年依然误差在一分钟以内,当时觉得非常神奇。原因就是石英的精准度和稳定度非常之高,当然有的石英表买回来就不准,你可以直接扔掉,原因就是它用的晶振振荡电路的时钟频点偏移了,也就永远调整不回来了。
     
     
    下图是最常见的MCU的时钟电路。
     
    MCU、FPGA等数字器件振荡电路的典型工作方式
     
    有的低功耗MCU器件除了正常工作需要的比较高的时钟外,还有一个很低频率的时钟电路(比如下图中用于实时时钟的32.768KHz),能够在系统休眠(主时钟驱动的电路不工作)的情况下保持局部电路的工作。
     
    具有两个晶振时钟的MCU
     
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