时钟振荡器的原理与作用详解

晶体振荡器和两个微调电容构成振荡电路，通常C1和C2一般取30pF，晶振的频率取值在1.2MHz～12MHz之间。对于外接时钟电路，要求XTAL1接地，XTAL2脚接外部时钟，对于外部时钟信号并无特殊要求，只要保证一定的脉冲宽度，时钟频率低于12MHz即可。

　　晶体振荡器的振荡信号从XTAL2端送入内部时钟电路，它将该振荡信号二分频，产生一个两相时钟信号P1和P2供单片机使用。时钟信号的周期称为状态时间S，它是振荡周期的2倍，P1信号在每个状态的前半周期有效，在每个状态的后半周期P2信号有效。CPU就是以两相时钟P1和P2为基本节拍协调单片机各部分有效工作的。

　　时钟振荡器的原理与作用-典型应用电路图

　　在数字电路中常常需要用精确的秒脉冲信号来对检测的信号进行采样取值。实际中多采用高频振荡器产生高频信号，然后经多级分频电路得到。这里介绍一种利用高频石英钟集成电路SM5511产生精确的秒脉冲的电路。

　　工作原理：电路如图所示。IC1通电后，在其3脚与5脚分别产生正的与负的窄幅脉冲信号。两路脉冲信号经高速运算放大器IC2比较放大后合并成周期为1秒的窄幅脉冲信号，经IC3 D型触发器后变成周期为2秒，占空比为1的秒脉冲信号。

　　调节微调电容C1可以改变石英谐振器SJT的振荡频率。配合高精度的高频计数器调节电容C1便可以得到精确的秒脉冲信号。

　　精确的秒脉冲信号产生器电路图

　　精确的基准时钟振荡电路：冲信号产生器

　　如图所示，由555和R1、R2、C1组成可控的多谐振荡器，它的振荡频率除与RC时间常数有关外，还可由控制端的直流电平来调节。而该直流电平由基准频率f。和555输出的振荡波频率fo=Nfn共同锁定的RS触发器输出的方波，经低通滤波后产生。CD4001的两个或非门电路组成RS触发器，RS触发器在锁定情况下，输出的占空比不变，因而滤波后的直流电平不变。若555的振荡频率f0向高漂移（或fn下降），则占空比加大，直流控制电平会相应增加，会使频率下降；反之亦然。

　　时钟同步的振荡器电路

　　可编程的时钟振荡器电路图

　　石英晶体矩形波振荡器电路主要用于比较新颖的数字系统的时钟脉冲发生器。该电路的石英晶体处于谐振状态时传输量最大，这时便按晶体的谐振荡率振荡。由于LM111的高输出阻抗与C2的隔离作用，使得石英晶体的负载非常轻。振荡频率的稳定度极高。该电路右获得100KHz的矩形波输出。

　　石英晶体矩形波振荡器电路图

　　时钟振荡器的原理与作用-时钟振荡器的参数

　　今天无数电子线路和应用需要精确定时或时钟基准信号。晶体时钟振荡器极为适合这方面的许多应用。那么我们改如何现在合适的时钟振荡器？

　　---- 时钟振荡器有多种封装，它的特点是电气性能规范多种多样。它有好几种不同的类 型：电压控制晶体振荡器（VCXO）、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、恒温箱晶体振荡器

　　（OCXO），以及数字补偿晶体振荡器（DCXO）。每种类型都有自己的独特性能。

　　---- 频率稳定性的考虑

　　---- 晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它是决定振荡器价格的重要因 素。稳定性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。

　　---- 设计工程师要慎密决定对特定应用的实际需要，然后规定振荡器的稳定度。指标过 高意味着花钱愈多。

　　---- 对于频率稳定度要求±20ppm 或以上的应用，可使用普通无补偿的晶体振荡器。对 于成于±1 至±20ppm 的稳定度，应该考虑 TCXO。对于低于±1ppm 的稳定度，应该考虑 OC XO 或 DCXO。

　　---- 输出

　　---- 必需考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压稳定度、负载稳定性、功 耗、封装形式、冲击和振动、以及电磁干扰（EMI）。晶振器可 HCMOS/TTL 兼容、ACMOS 兼 容、ECL 和正弦波输出。每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互 补输出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定。

　　许多DSP 和通信芯片组往往需要严格的对称性（45%至 55%）和快速的上升和下降时间（小 于 5ns）。

　　---- 相位噪声和抖动

　　---- 在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中央频率的 1Hz之内和通常测量到 1MHz。

　　---- 振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO 和 OCXO 振荡器以及其它 利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输 出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。

---- 抖动与相位噪声相关，但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可