芯耀
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Part 01、前言
下图中的Pierce振荡器电路是个经典的晶振振荡电路，广泛应用于MCU最小系统。这张图虽然简单，但包含了晶振电路设计中的核心元素：反相器、晶振、反馈电阻RF、限流电阻RExt以及负载电容CL1和CL2。
反相器、晶振、反馈电阻RF以及负载电容CL1和CL2这些器件大家已经很熟悉了，似乎这个限流电阻Rext有时候在电路中能看到，有时候又看不到，那么晶振电路为什么需要串联外部Rext电阻，为什么有的没有串联Rext电阻呢？
Part 02、Rext电阻的作用
1.防止过驱动，保护晶振晶振内部是石英晶体，晶振通过机械振动产生电信号。如果驱动功率drive level过高，晶振会受到过大的机械应力，可能会导致以下后果：
接触电镀损耗：晶振内部的电极一般是银或金电镀，会逐渐磨损，导致接触电阻增加。
频率漂移：机械应力的增加会改变晶振的谐振特性，频率会逐渐上升。
早期失效：长期过驱动可能导致晶振彻底失效，无法振荡。
Rext通过限制反相器输出的电流，降低晶振的驱动功率。如何确定Rext的阻值呢？晶振的数据手册通常会指定一个最大驱动功率，比如50uW到200uW。假设晶振的等效串联电阻（ESR）为50Ω，最大驱动功率为100uW，晶振的最大驱动电流为：
并且反相器的输出电压（假设VDD=3.3V）可能远高于晶振需要的电压，RExt通过分压降低晶振两端的电压，限制电流。假设我们希望晶振电流不超过1mA，RExt的值可以估算为：
2.提供180度相位移
Rext和CL2一起形成一个低通网络，为振荡回路提供额外的相位移。Pierce振荡器需要总相位移为360度，其中反相器提供180度相位移。晶振和负载电容网络提供剩余的相位移。Rext和CL2的组合可以微调相位，确保振荡条件成立，同时限制振荡幅度，避免信号过强。
Part 03、为什么有的没有串联Rext电阻?
RExt的主要作用是限制晶振的驱动功率，但如果晶振本身的驱动功率需求很低，或者反相器的输出能力已经足够"温柔"，就不需要额外的RExt来限流。不同晶振对驱动功率的容忍度不同。目前市面上的晶振可以在较宽的驱动功率范围内正常工作，比如10uW到200uW。如果反相器的输出功率刚好在这个范围内，晶振就不会被过驱动，自然不需要RExt。
并且MCU内部的反相器通常已经针对晶振驱动进行了优化，输出能力被设计得较为"温和"。一些芯片会通过内部电路，比如电流源或增益控制限制输出电流，避免过驱动晶振。这种情况下，外部RExt就显得多余。具体可以参考MCU的数据手册。
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