解析電子系統(tǒng)的震蕩電路

　　在嵌入式電子系統(tǒng)中的震蕩電路通常采用有源晶振和無源晶振。有源晶振有著電路簡單，頻率準(zhǔn)確但要消耗些能量的特點(diǎn)。無源晶振可以不適用外部電源，用電容或者電阻配合晶振產(chǎn)生所需頻率的波形。還有一種是主從芯片配合使用，主芯片一個管腳利用定時計(jì)數(shù)器產(chǎn)生從芯片所需要的頻率波形，從芯片由此開始工作。

　　在用示波器測試頻率較高的(10MHz)以上的方波時，如果示波器探頭的底線較長，引起地線電感成分較大，從而導(dǎo)致容易發(fā)生諧振，觀察的結(jié)果為波形有很多振鈴現(xiàn)象。這時不妨將接地引線變短并且靠近測試點(diǎn)和測試探頭。

　　在電子產(chǎn)品的EMC/EMI測試中，經(jīng)常會由于晶振電路的問題導(dǎo)致測試不通過。這時需要采用示波器觀測下波形的圖像，一般會有振鈴和過沖的發(fā)生，那么一個簡單的解決方案就是在振源和波形接收端串聯(lián)一個鐵氧磁珠，如果還不滿足測試要求，可并聯(lián)一小電容接地，以此減小寄生震蕩，使震蕩波形變鈍。當(dāng)波形效果不是很好，或者波形頻率更高，那么可以在串聯(lián)一10幾到200歐的阻尼電阻進(jìn)行波形的修正，如下圖所示。

　　在調(diào)試模擬電路時，特別是調(diào)試運(yùn)放電路時，如果一不小心使電路參數(shù)達(dá)到了震蕩條件，那么這個電路就震蕩起來。振蕩電路有RC和LC之分，有著較為明顯的區(qū)別。RC震蕩電路應(yīng)用在頻率不高的場所，而LC震蕩電路所產(chǎn)生的頻率較高。LC震蕩電路設(shè)計(jì)比較麻煩，低頻范圍使用的RC震蕩電流，高頻震蕩電路使用LC振蕩器。由于振蕩電路通常設(shè)置為0°開始，360°停止。因此LC震蕩電路不能像RC電路那樣修改L或者C來改變頻率。

　　首先看一下經(jīng)典的RC震蕩電路：

　　該電路通過對C1的充電放電達(dá)到震蕩的目的，震蕩頻率為f=1/RC，在實(shí)際電路中，由于IC芯片的輸入電容的影響，獲得的頻率會比計(jì)算的變小，如果再考慮導(dǎo)線中的雜散電容，電容選取100pF比較可靠。

　　還需注意，TTL施密特電路的閾值電壓比CMOS的電壓低，引起了電容兩端電壓壓差較大;TTL邏輯IC端口的低輸入阻抗原因，造成端口電流較大，電阻需要kΩ級別的，以此來滿足IC芯片的輸出電流特性。

　　最常用的RC震蕩電路為555震蕩電路，典型電路如下

　　通過調(diào)整R1、 R2和C1來調(diào)整占空比和波形頻率(由于555芯片內(nèi)部集成比較器，通過比較2/3vcc和1/3vcc來完成占空比的調(diào)整)。由于555定時器具有輸出電流大，設(shè)計(jì)比較便捷，控制調(diào)節(jié)方便，因此多應(yīng)用在兒童玩具等消費(fèi)類電子上。

　　高頻震蕩電路中多使用LC元件和晶體管的組合，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，通常使用次級線圈作為反饋，并切當(dāng)匝比最佳時，從而保證電路的穩(wěn)定性。

　　比如下面電路，利用三極管的正反饋特性，充分利用LC的震蕩特性設(shè)計(jì)出一個自激震蕩的電路，仿真結(jié)果如圖。

　　如上圖所示，在協(xié)調(diào)電路中間設(shè)有抽頭，增加了次級線圈，便于設(shè)計(jì)的多樣性。另外，若實(shí)現(xiàn)高Q值得LC協(xié)調(diào)回路，只用一個晶體管的電路也能以波形失真小的信號進(jìn)行震蕩。

　　需要注意的是，LC震蕩電路應(yīng)用在超聲波振蕩器，高頻接近開關(guān)和無線接收機(jī)等的震蕩電路中，應(yīng)用在震蕩頻率穩(wěn)定度要求不高的場合。

　　研究過嵌入式ARM系統(tǒng)的對PLL應(yīng)該有印象，不管是STM32或者cotex系列，都采用外部晶振，通過不同的PLL路徑進(jìn)行各個模塊頻率的合成，究其原因就是因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)對震蕩電路精度要求較高，采用高精度晶振的震蕩形式。