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晶振为什么要并联一个1M电阻

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一般来说,单片机的时钟电路是使用外部的无源晶振和负载电容组合实现连接到单片机的Xin和Xout引脚上,无源晶振自身无法振荡,因此需要匹配外部谐振电路才可以输出振动信号。

57c5ff4348125f7863dd6421ebbf6037.png 但是在实际电路设计中,也会在晶振两端并联一个电阻。这个电阻叫做反馈电阻。

e0655de7594b5a120886a3d8e62f294c.png 那么并联的这个反馈电阻有什么作用呢?
1. 核心作用:使反相器工作在线性区
晶振电路通常采用皮尔斯振荡器结构,其中芯片内部的反相器(如施密特反相器)是核心驱动元件。但反相器本身工作在饱和区(完全导通或截止状态)时无增益,无法形成振荡所需的放大回路。
  • 并联电阻的作用:在反相器两端并联高阻值电阻(如1MΩ),构成负反馈回路,强制反相器输入端的直流偏置电压接近电源电压的一半(VDD/2),使其工作在高增益的线性放大区
  • 结果:线性区的高增益特性为晶振振荡提供了必要条件,确保电路在无外部扰动时仍能自激起振。

4a9ddb9552fd43c05b1389ca5f8001c2.png 对于单片机来说,芯片内部一般都包含了反相器,有的也在内部并联了反馈电阻,这个需要查阅具体的芯片手册,如果没有,可以考虑在芯片外部晶振两端并联反馈电阻。
2. 辅助起振:降低Q值,提升启动效率
晶振具有极高的品质因数(Q值),导致起振需要较大能量且响应较慢,尤其在低温或低功耗场景下易失效
  • 降低晶振的等效Q值,减少谐振回路的阻抗,使晶振更容易被激励
  • 缩短起振时间,避免程序因时钟未就绪而启动滞后或死机

3. 增强稳定性:抑制环境干扰与频率漂移
晶振频率易受温度变化、电源噪声等因素影响,导致频率偏移或停振。
  • 通过负反馈机制抵消温度变化引起的阻抗波动,减少频率漂移
  • 与负载电容协同滤除高频谐波,输出更纯净的正弦波(无源晶振)

4. 阻值选择:1MΩ并非绝对标准
并联电阻的取值需根据晶振类型和电路需求灵活调整
  • MHz级晶振:常用1MΩ(如16MHz)
  • KHz级晶振(如32.768kHz):常用10MΩ
阻值过小(如<100kΩ)会降低稳定性,过大(如>20MΩ)则起振效果减弱
总结:
晶振并联电阻的核心价值在于:将反相器偏置在线性区,为振荡提供增益基础,并衍生出加速起振、稳定频率、抑制干扰等作用。
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