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Part 01、前言
下圖中的Pierce振蕩器電路是個經(jīng)典的晶振振蕩電路，廣泛應用于MCU最小系統(tǒng)。這張圖雖然簡單，但包含了晶振電路設計中的核心元素：反相器、晶振、反饋電阻RF、限流電阻RExt以及負載電容CL1和CL2。
反相器、晶振、反饋電阻RF以及負載電容CL1和CL2這些器件大家已經(jīng)很熟悉了，似乎這個限流電阻Rext有時候在電路中能看到，有時候又看不到，那么晶振電路為什么需要串聯(lián)外部Rext電阻，為什么有的沒有串聯(lián)Rext電阻呢？
Part 02、Rext電阻的作用
1.防止過驅動，保護晶振晶振內(nèi)部是石英晶體，晶振通過機械振動產(chǎn)生電信號。如果驅動功率drive level過高，晶振會受到過大的機械應力，可能會導致以下后果：
接觸電鍍損耗：晶振內(nèi)部的電極一般是銀或金電鍍，會逐漸磨損，導致接觸電阻增加。
頻率漂移：機械應力的增加會改變晶振的諧振特性，頻率會逐漸上升。
早期失效：長期過驅動可能導致晶振徹底失效，無法振蕩。
Rext通過限制反相器輸出的電流，降低晶振的驅動功率。如何確定Rext的阻值呢？晶振的數(shù)據(jù)手冊通常會指定一個最大驅動功率，比如50uW到200uW。假設晶振的等效串聯(lián)電阻（ESR）為50Ω，最大驅動功率為100uW，晶振的最大驅動電流為：
并且反相器的輸出電壓（假設VDD=3.3V）可能遠高于晶振需要的電壓，RExt通過分壓降低晶振兩端的電壓，限制電流。假設我們希望晶振電流不超過1mA，RExt的值可以估算為：
2.提供180度相位移
Rext和CL2一起形成一個低通網(wǎng)絡，為振蕩回路提供額外的相位移。Pierce振蕩器需要總相位移為360度，其中反相器提供180度相位移。晶振和負載電容網(wǎng)絡提供剩余的相位移。Rext和CL2的組合可以微調(diào)相位，確保振蕩條件成立，同時限制振蕩幅度，避免信號過強。
Part 03、為什么有的沒有串聯(lián)Rext電阻?
RExt的主要作用是限制晶振的驅動功率，但如果晶振本身的驅動功率需求很低，或者反相器的輸出能力已經(jīng)足夠"溫柔"，就不需要額外的RExt來限流。不同晶振對驅動功率的容忍度不同。目前市面上的晶振可以在較寬的驅動功率范圍內(nèi)正常工作，比如10uW到200uW。如果反相器的輸出功率剛好在這個范圍內(nèi)，晶振就不會被過驅動，自然不需要RExt。
并且MCU內(nèi)部的反相器通常已經(jīng)針對晶振驅動進行了優(yōu)化，輸出能力被設計得較為"溫和"。一些芯片會通過內(nèi)部電路，比如電流源或增益控制限制輸出電流，避免過驅動晶振。這種情況下，外部RExt就顯得多余。具體可以參考MCU的數(shù)據(jù)手冊。
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