什么是晶振

定義 ：晶振一般指石英晶體振蕩器，也叫晶體振蕩器。它是時(shí)鐘電路中最重要的部件。

晶體振蕩器是一種使用逆壓電效應(yīng)的電子振蕩器電路，即當(dāng)電場(chǎng)施加在某些材料上時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。因此，它利用壓電材料的振動(dòng)晶體的機(jī)械共振來(lái)產(chǎn)生具有非常精確頻率的電信號(hào)。

晶體振蕩器具有高穩(wěn)定性、品質(zhì)因數(shù)、小尺寸和低成本 ，這使得它們優(yōu)于其他諧振器，如LC電路、陶瓷諧振器、轉(zhuǎn)叉等。

晶振的基本結(jié)構(gòu)

晶體的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼，就構(gòu)成了石英晶體諧振器。

圖1 石英晶體諧振器結(jié)構(gòu)

晶振的主要參數(shù)

1.標(biāo)稱(chēng)頻率：指晶體規(guī)格書(shū)中所指定的頻率。晶振常用標(biāo)稱(chēng)頻率在1～200MHz之間，若要獲得更高的輸出頻率則常用PLL（鎖相環(huán)）將低頻進(jìn)行倍頻來(lái)獲得。

2.頻率精度、頻率穩(wěn)定度：用單位ppm來(lái)表示，即百萬(wàn)分之一（1/106），是相對(duì)標(biāo)稱(chēng)頻率的變化量，此值越小表示精度越高。如24MHz晶振偏差為±20ppm，表示它的頻率偏差為24MHz×20ppm=±480Hz。

3.溫度頻差：指在特定溫度范圍內(nèi)，工作頻率相對(duì)于基準(zhǔn)溫度時(shí)工作頻率的偏離，單位也是ppm。

4.負(fù)載電容CL：它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容（不是晶振外接的匹配電容），主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻，與晶體一起決定振蕩器電路的工作頻率，通過(guò)調(diào)整負(fù)載電容，就可以將振蕩器的工作頻率微調(diào)到標(biāo)稱(chēng)值。負(fù)載電容是無(wú)源晶振非常重要的參數(shù)，因?yàn)闊o(wú)源晶體屬于被動(dòng)元器件，無(wú)源晶振自身并不能工作，需要外部元器件協(xié)助工作。

CS為晶體兩個(gè)管腳間的寄生電容（Shunt Capacitance）

CD表示晶體振蕩電路輸出管腳到地的總電容，包括PCB走線(xiàn)電容CPCB、芯片管腳寄生電容CO、外加匹配電容CL2，即CD=CPCB+CO+CL2。

CG表示晶體振蕩電路輸入管腳到地的總電容，包括PCB走線(xiàn)電容CPCB、芯片管腳寄生電容CI、外加匹配電容CL1，即CG=CPCB+CI+CL1。

一般CS為1pF左右，CI與CO一般為幾個(gè)皮法，具體可參考芯片或晶振的數(shù)據(jù)手冊(cè)。

注意：負(fù)載電容不等于匹配電容。

晶振的工作原理

石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

壓電效應(yīng)：若在石英晶體的兩個(gè)電極上加上一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱(chēng)為壓電效應(yīng)。

晶振的工作原理圖（來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

晶振的應(yīng)用

(1)通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產(chǎn)生振蕩頻率。

(2)時(shí)鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，廣泛用于數(shù)字電路中。

(3)微處理器用石英晶體諧振器。

(4)CTVVTR用石英晶體諧振器。(5)鐘表用石英晶體振蕩器。

單片機(jī)晶振的必要性

單片機(jī)是一種集成了處理器核心、內(nèi)存和可編程輸入輸出端口的微型計(jì)算機(jī)芯片。為了執(zhí)行程序指令和管理各種外設(shè)，單片機(jī)需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)同步其內(nèi)部操作。晶振為單片機(jī)提供了一個(gè)穩(wěn)定的時(shí)鐘源，確保了程序的準(zhǔn)確執(zhí)行和外設(shè)的同步工作。

對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)晶振是很重要的，可以說(shuō)是沒(méi)有晶振就沒(méi)有時(shí)鐘周期，沒(méi)有時(shí)鐘周期就無(wú)法執(zhí)行程序代碼，那樣的話(huà)單片機(jī)就無(wú)法工作。

單片機(jī)晶振電路原理：

單片機(jī)晶振電路通常由石英晶體、負(fù)載電容和有時(shí)的放大電路組成。石英晶體是一種具有高品質(zhì)因數(shù)（Q值）的諧振器，當(dāng)通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)激勵(lì)時(shí)，它會(huì)在其固有頻率上振動(dòng)。這個(gè)振動(dòng)頻率非常穩(wěn)定，受溫度、濕度等環(huán)境因素的影響較小。負(fù)載電容與晶體串聯(lián)或并聯(lián)，用于調(diào)整振蕩電路的頻率和穩(wěn)定性。在某些情況下，可能需要一個(gè)放大器來(lái)增強(qiáng)晶振的信號(hào)。

單片機(jī)晶振的作用：

1.提供時(shí)鐘信號(hào)：晶振為單片機(jī)提供了必要的時(shí)鐘信號(hào)，這是單片機(jī)執(zhí)行程序和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)。

2.確保穩(wěn)定性：由于晶振的頻率穩(wěn)定性很高，它可以保證單片機(jī)系統(tǒng)在不同條件下的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.同步操作：晶振使得單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件能夠同步工作，包括內(nèi)存訪問(wèn)、數(shù)據(jù)傳輸和外設(shè)控制。

4.通信準(zhǔn)確性：在涉及通信的應(yīng)用中，晶振確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，因?yàn)樗峁┝司_的波特率。

單片機(jī)晶振常見(jiàn)問(wèn)題：

1.頻率偏移：由于溫度變化、負(fù)載電容不匹配或晶體本身的缺陷，晶振的實(shí)際工作頻率可能會(huì)偏離標(biāo)稱(chēng)頻率。

2.啟動(dòng)困難：在某些情況下，晶振可能無(wú)法啟動(dòng)振蕩，導(dǎo)致單片機(jī)無(wú)法正常工作。

3.噪聲問(wèn)題：晶振可能會(huì)受到來(lái)自電源、數(shù)字電路或其他外部干擾的影響，產(chǎn)生噪聲。

4.機(jī)械應(yīng)力：如果安裝不當(dāng)，機(jī)械應(yīng)力可能會(huì)影響晶振的性能。

5.老化：隨著時(shí)間的推移，晶振的頻率可能會(huì)因?yàn)榫w的老化而發(fā)生變化。