AN2867ST微控制器振荡器电路设计指南.pdfVIP

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AN2867

Applicationnote

OscillatordesignguideforSTmicrocontrollers

简介：

大局部设计人员对振荡器〔Pierce-Gatetopology皮尔斯门构造〕都很生疏，

但真的明白它是如何工作的人并不多，更甭提设计一个适宜的振荡器了。实际上，

很多设计人员并未真正关注过振荡器的设计，直到他们觉察振荡器不正常运行了

〔通常这时产品已经投产了〕。这本是不应当发生的。很多系统、工程工程的拖

延就仅仅是由于一个振荡器没有工作在估量的状态上。振荡器应当在产品设计阶

段就得到足够的重视，并且最好是在投产之前。这样设计人员才可能避开大批产品

被退回来返修那噩梦样的场景。

本应用笔记将介绍皮尔斯〔Pierce〕振荡器的根本原理，并为如何设计一个

优良的振荡器供给指导。同时也会说明如何选取不同的外围元件，并就怎样为振

荡器设计一个优良的PCB供给指导。

本文档的最终局部就如何选取适宜的晶体和外围元件供给一个简洁的指导，

并列出一些为STM32和STM8A/S推举的晶体型号〔HSE和LSE〕，以便利快速

开头一个设计。

1.石英晶体的特性和模型〔Quartzcrystalproperties

andmodel〕

石英晶体是一种压电器件，它能够实现电能和机械能的相互转换。这个转换

发生在谐振频率处。石英晶体的等效模型如下：

Figure1.Quartzcrystalmodel

C：代表电极引入的并联电容L：

0m

〔振荡电感〕代表晶体的振荡量C：

m

〔振荡电容〕代表晶体的振荡弹性R：

〔振荡电阻〕代表电流损耗m

晶体的阻抗计算式如下：〔假设R是可以无视的〕

m

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图2是晶体在频域内的阻抗曲线。

Figure2.Impedancerepresentationinthefrequencydomain

F是晶体在Z=0时的串联谐振频率。它的表达式可以从等式〔1〕中推导出

来：s

F是反谐振频率，此时的Z趋于无穷大。从等式〔1〕中可以推导出它的表

a

达式为：

由Fs和Fa界定的区域被称作为并联谐振区域〔图2中的阴影局部〕。在这

段区域内，晶体工作在并联谐振状态下，其表现像一个电感，会在环路中增加

180度的相移。它的频率Fp〔或F：负载频率〕的表达式如下：

L

从等式4中可以看出，晶体的振荡频率能够通过使用不同的负载电容C进

L

展调校。这也就是为什么晶体制造商会在他们的晶体数据手册内指明晶体振荡在

标定的频率上时所需要的准确的负载电容C值。

L

表1给出了一个标定为8MHz的晶体，其等效电路元件值的例子。

表1等效电路的参数的例子