领先同行瑞萨石英晶体振荡器的电路

领先同行瑞萨石英晶体振荡器的电路，振荡器是任何微控制器系统的核心，因此在设计中应给予适当的关注，以确保设计尽可能可靠。

我们都可以设计一个正常工作的振荡器，但要在所有元件的容差范围内设计一个能在生产中正常工作的振荡器，却需要一点努力。典型的瑞萨微控制器用户手册将提供一个或多个典型的振荡器电路(通常由示例中使用的晶体或陶瓷谐振器的供应商推荐给瑞萨)，以及等效振荡器电路的简单规格。

可靠振荡所需的确切电路可能因OSC振荡器而异，也可能受到电路板布局和环境条件的影响。在任何情况下，我们都强烈建议设计人员联系所选的振荡器供应商，向他们询问适合其设计的推荐电路，并自行测试振荡器，以确定所需的振荡器电路参数。

对于许多应用，陶瓷谐振器可以提供良好的低成本解决方案；然而，如果需要更高的稳定性和更精确的定时，晶体提供了最佳的解决方案。然而，在低功率应用中，Q值较高的晶体启动时间要慢得多。事实上，频率越低，启动时间越长；一个32千赫的晶体可能需要1 - 3秒启动。

在许多微控制器中，需要仔细考虑晶体漂移和稳定性的影响，尤其是对于需要时钟功能的应用；然而，振荡器性能的知识可以允许在软件中进行校正。

瑞萨微控制器上最常用的振荡器设计是皮尔斯振荡器，如下所示。

内部反相器的输出通过外部有源晶振电路反馈到其输入端，形成一个不稳定的反馈环路。当振荡器的输出延迟足以提供360°相位延迟时，稳定的振荡得以持续。晶体与负载电容C1和C2一起提供了一个调谐电路，可以稳定振荡频率

Rf反馈电阻器-这在第一个逆变器周围提供负反馈，并确保逆变器工作在其线性区域。这在晶体振荡器中很少需要，但在使用陶瓷谐振器时经常需要，以确保振荡器正确启动。建议典型值在1MOhm范围内。一些瑞萨微控制器有内部反馈电阻。

Rd -阻尼电阻–这是一个串联电阻，旨在防止振荡器过激励。通常，如果C1和C2选择正确，这不是必需的。该电阻有几个作用:稳定反馈电路的相位，降低较高频率下的环路增益；通过在逆变器输出端放置Rd，输出电阻增加，电流降低。Rd还与C2一起构成一个低通滤波器，可以大大减少不必要的振荡模式。Rd的典型值在250 - 500欧姆范围内

C1和C2 -负载电容-负载电容与晶体或谐振器一起提供180°的相位滞后，共同提供启动和维持振荡的能量。

晶体或陶瓷谐振器的工作会受到一系列环境效应的影响，例如温度和湿度，以及电路参数，例如工作电压。

我们强烈建议每种设计都要考虑工作电压和预期工作环境的极端情况，以确保振荡器可以在断电、待机和/或其它低功耗模式下启动。领先同行瑞萨石英晶体振荡器的电路.

• 如果使用带内部电容的陶瓷谐振器，要小心；电容的典型值通常很高，您无法灵活地改变这些值来匹配您的电路，布局问题尤其是中心接地可能会导致噪声问题。
• 将振荡器电路尽可能靠近微控制器，保持走线长度较短
• 振荡器对噪声敏感，尽可能使用保护带，以最小化电容耦合。
• 最小化有源晶体振荡器电路占用的PCB面积，以最小化可用于电感耦合到电路其它部分的“环路”面积。
• 避免在振荡器电路下方或上方布设其他走线，也不要在振荡器附近放置任何可能切换高电流的走线。
• 确保彻底测试振荡器电路，并超越正常工作条件，以确保有合适的设计余量。
• 最重要的是，我们始终建议您咨询您的晶体或谐振器制造商，了解他们推荐的电路，以便与您选择的微控制器配合使用。

许多瑞萨微控制器也使用32kHz振荡器(通常是32kHz手表晶体)来支持低功耗、低速运行。32kHz晶体的操作与更高频率的晶体基本相同；然而，有几个具体问题需要考虑

• 启动时间:32kHz晶体的典型启动时间比更高频率的晶体长得多，通常为0.3-3.0秒
• 稳定性:手表晶体在整个温度范围内更不稳定，所以请仔细检查供应商的规格，尤其是漂移方面。
• 器件差异:没有两个32kHz晶体的制造商是相同的，即使在相同的器件类型内；实际表现可能差异很大，我们已经看到不同供应商之间的差异很大。指定振荡器时，请仔细考虑这一点。
• 振荡器布局:保持32kHz晶体尽可能靠近微控制器以避免任何问题是至关重要的；距离微控制器1厘米以内是一个很好的规则。
• 同样，要求您的振荡器供应商为您的设计提供匹配电路。

晶体振荡器是一个非常简单但非常重要的元件，必须确保石英晶体振荡器电路设计的可靠性和可重复性，尤其是使用32kHz子时钟振荡器时。瑞萨制作了一份非常好的应用笔记，介绍如何为设计合适的32 kHz振荡器电路RA家族；许多振荡器供应商也可以提供推荐的振荡器和推荐的电路，专门用于RA，并且他们通常还会提供匹配服务，专门将其元件与您的特定RA设计相匹配。

瑞萨始终建议利用这一机会，确保您拥有最可靠的MCU设计。