解析电子系统的震荡电路

在嵌入式电子系统中的震荡电路通常采用有源晶振和无源晶振。有源晶振有着电路简单，频率准确但要消耗些能量的特点。无源晶振可以不适用外部电源，用电容或者电阻配合晶振产生所需频率的波形。还有一种是主从芯片配合使用，主芯片一个管脚利用定时计数器产生从芯片所需要的频率波形，从芯片由此开始工作。

在用示波器测试频率较高的(10MHz)以上的方波时，如果示波器探头的底线较长，引起地线电感成分较大，从而导致容易发生谐振，观察的结果为波形有很多振铃现象。这时不妨将接地引线变短并且靠近测试点和测试探头。

在电子产品的EMC/EMI测试中，经常会由于晶振电路的问题导致测试不通过。这时需要采用示波器观测下波形的图像，一般会有振铃和过冲的发生，那么一个简单的解决方案就是在振源和波形接收端串联一个铁氧磁珠，如果还不满足测试要求，可并联一小电容接地，以此减小寄生震荡，使震荡波形变钝。当波形效果不是很好，或者波形频率更高，那么可以在串联一10几到200欧的阻尼电阻进行波形的修正，如下图所示。

在调试模拟电路时，特别是调试运放电路时，如果一不小心使电路参数达到了震荡条件，那么这个电路就震荡起来。振荡电路有RC和LC之分，有着较为明显的区别。RC震荡电路应用在频率不高的场所，而LC震荡电路所产生的频率较高。LC震荡电路设计比较麻烦，低频范围使用的RC震荡电流，高频震荡电路使用LC振荡器。由于振荡电路通常设置为0°开始，360°停止。因此LC震荡电路不能像RC电路那样修改L或者C来改变频率。

首先看一下经典的RC震荡电路：

该电路通过对C1的充电放电达到震荡的目的，震荡频率为f=1/RC，在实际电路中，由于IC芯片的输入电容的影响，获得的频率会比计算的变小，如果再考虑导线中的杂散电容，电容选取100pF比较可靠。

还需注意，TTL施密特电路的阈值电压比CMOS的电压低，引起了电容两端电压压差较大;TTL逻辑IC端口的低输入阻抗原因，造成端口电流较大，电阻需要kΩ级别的，以此来满足IC芯片的输出电流特性。

最常用的RC震荡电路为555震荡电路，典型电路如下

通过调整R1、 R2和C1来调整占空比和波形频率(由于555芯片内部集成比较器，通过比较2/3vcc和1/3vcc来完成占空比的调整)。由于555定时器具有输出电流大，设计比较便捷，控制调节方便，因此多应用在儿童玩具等消费类电子上。

高频震荡电路中多使用LC元件和晶体管的组合，在实际的电路设计中，通常使用次级线圈作为反馈，并切当匝比最佳时，从而保证电路的稳定性。

比如下面电路，利用三极管的正反馈特性，充分利用LC的震荡特性设计出一个自激震荡的电路，仿真结果如图。

如上图所示，在协调电路中间设有抽头，增加了次级线圈，便于设计的多样性。另外，若实现高Q值得LC协调回路，只用一个晶体管的电路也能以波形失真小的信号进行震荡。

需要注意的是，LC震荡电路应用在超声波振荡器，高频接近开关和无线接收机等的震荡电路中，应用在震荡频率稳定度要求不高的场合。

研究过嵌入式ARM系统的对PLL应该有印象，不管是STM32或者cotex系列，都采用外部晶振，通过不同的PLL路径进行各个模块频率的合成，究其原因就是因为嵌入式系统对震荡电路精度要求较高，采用高精度晶振的震荡形式。