兩非門晶振振蕩電路的設計

吳 振，趙 軍，潘巧智，金俊康，王藝錚

(遼寧科技學院 曙光大數據學院，遼寧 本溪 117004)

振頻率檢測是系統測試精度的重要保證，其核心部分為晶振振蕩電路的設計。

在文獻〔1〕、〔2〕中提出了基于如下結構的低頻振蕩電路：

圖1 單非門振蕩電路

該電路僅用了一個非門，具有較高的經濟性，但是實際應用中，發現該電路對低頻晶振，如32.768 KHz、40 KHz的晶振存在參數不易調節，不容易起振現象。同時負載電容C1、C2的存在，導致了振蕩頻率有所偏差。

針對上述不足，本文提出了一種兩非門的振蕩電路。

1 電路設計

圖2中，整個電路運用一片74HC04，3 M歐姆電阻為每個非門提供了靜態工作點，該靜態工作點大約為2.5 V，保證兩個非門處于線性放大狀態。C1用于隔直通交。

圖2 兩非門低頻振蕩電路

二非門實現了正反饋，根據文獻〔3〕晶振的等效阻抗在其串聯諧振時候為最小，于是在U1A的輸入端獲得最大輸入值，再通過兩級正反饋后，獲得更大的幅值，理論上具備了起振條件。

圖3為晶振的等效模型。Co為靜電容；L為動態電感；C為動態電容；R為動態電阻。

圖3 晶振等效電路圖

根據文獻〔4〕、〔5〕，低頻晶振的串聯等效阻抗一般為40 K歐姆，大于1 MHz的晶振串聯等效阻抗大約為200歐姆以下，455E晶振大約40歐姆以下。

假設U1A的輸入阻抗為Rin，串聯諧振阻抗為Rs，則反饋系數F為：

F=Rin/(Rin+Rs)

(1)

二非門都處在放大狀態，設整體放大倍數為Av，系統振蕩需要滿足如下起始條件：

Av*Rin/(Rs+Rin)>1

(2)

74 HC系列其輸入阻抗Rin一般為M歐姆級別，對于低頻晶振而言，其反饋系數F較大(接近1)，起振容易。但是由于74 HC系列的Tpd較大，在實踐中，發現圖2電路對于1 MHz以上的晶振起振不穩定或者無法起振。

74 LS系列的輸入阻抗較小，對于低頻晶振，其反饋系數F較小，不容易起振；但是，1 MHz以上的晶振的串聯諧振阻抗較??；而74 LS系列數字門的Tpd很小，可以選用74 LS系列的非門替代圖2的設計，如圖4所示。

圖4 兩非門中頻振蕩電路

2 測試結果

對電路的測試條件如下：

1)VCC為5.0 V;

2)電阻采用1/8 W，電容為陶瓷電容。

測試結果如下：

圖5(1) 32.768 KHz晶振輸出波形(低頻)

圖5(2)40 KHz晶振輸出波形(低頻)

圖5(3) 455 KHz晶振輸出波形(中頻)

圖5(4) 2.4 576 MHz晶振輸出波形(中頻)

圖5(5)12 MHz晶振輸出波形Vpp=4.4 V

圖5(6) 24 MHz晶振輸出波形Vpp=3.9 V

3 結論

(1)電路的通用性較好，經過對不同廠家的晶振測試，都能正常起振，無需額外微調。

(2)電路的穩定性好，振蕩頻率穩定，且基本與標稱值一致。

(3)24 MHz晶振的反饋減少，于是出現正弦波，而不是方波，但是幅值滿足一般要求。

(4)由于沒有單非門振蕩電路的負載電容，因此振蕩精度有提升。