時鐘振蕩器是電氣工程的基礎,這些組件在以下設備中起著至關重要的作用:中央處理器、通信總線、音頻發生器、頻率合成器、RF系統和外圍設備。然而,時鐘振蕩器電路的主要功能和關鍵功能之一是控制單片機中數字處理器的速度。你可以在單片機的內部電路中找到時鐘振蕩器,以控制處理器的運行速度。振蕩器電路會產生方波,三角波和正弦波,它們的頻率、相位噪聲、抖動、可靠性和漂移都會變化。
MCU頻率影響因素
集成到MCU中的振蕩器通常基于RC,因此在給定溫度和負載的情況下,它們會受到頻率變化的影響。此外,低質量的MCU可能會使用低質量晶體振蕩器,這也會影響頻率,導致出現頻率漂移和頻率可靠性出現問題。
單片機中的振蕩器頻率穩定性
高質量的MCU可以避免基于RC的內部振蕩器可能帶來的負面影響,并且可靠性極高。這些MCU通常使用具有鎖相環(PLL)的微機電振蕩器來產生穩定的高頻信號。這些振蕩器電路由基準(通常為晶體)和壓控振蕩器組成,分別是穩定和不穩定振蕩器。這些振蕩器可以內部或外部集成到單片機中。
振蕩器類型:常見的振蕩器技術變化
1.晶體振蕩器
晶體振蕩器(諧振器)由高質量的石英晶片制成。這些晶片用作單片機中的參考振蕩器。晶體振蕩器的尺寸可以變化,但是更薄的晶體切割可提供更高的頻率操作。例如,0.15毫米厚的石英晶體可以在15 MHz下工作。晶體振蕩器的頻率和穩定性可能取決于:
(1)晶體類型;
(2)晶體切割的幾何方向;
(3)晶體尺寸。
晶體位于兩個電極之間,產生一個自然振蕩的信號。它利用了壓電效應來創建與溫度相關的聲振動。電極“捕獲”振動以產生振蕩信號,振蕩器電路的其余部分使用該振蕩信號。但是,晶體振蕩器會產生相對較慢的振蕩信號,工作頻率介于0-100 MHz之間。因此,不能將它們直接用作MCU高頻數字操作的輸入信號。
2. SAW振蕩器
表面聲波(SAW)設備(也稱為SAW振蕩器(SO))利用叉指式換能器(IDT)。這些振蕩器放置在壓電基板上,產生聲表面波。這些波能夠在10MHz到2Ghz的穩定頻率范圍內變化,并取決于IDT的尺寸,基板材料的特性以及隨后由于諸如溫度之類的外部影響而導致的基板變化。
3. MEMS振蕩器
MEMS振蕩器是半穩定的,但基于微電子機械系統(MEMS)。MEMS被靜電觸發時會產生振蕩信號。這些系統的大小和頻率可以變化,但是它們也可能會受到質量負載和其他類似力的影響,這會影響穩定性。
4.壓控振蕩器
壓控振蕩器可以在更高的頻率下工作,但比其他振蕩器信號的穩定性要差得多。由于電子計時繼續要求更高的速度并需要穩定的參考信號,因此你可以發現這些振蕩器與晶體振蕩器,MEMS振蕩器和放大器一起工作以形成PLL。PLL具有千兆赫茲范圍內的頻率速度。
我們經常可以在單片機的內部電路中找到時鐘振蕩器。這些振蕩器控制MCU各種功能的運行速度。無論使用何種振蕩器技術,振蕩器都是現代電子產品的基礎。
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