數(shù)字電路的“心臟”-晶振(基礎(chǔ)知識,參數(shù),應(yīng)用電路）

1. 晶振的基礎(chǔ)知識

石英晶體振蕩器，簡稱#晶振#，它能夠產(chǎn)生中央處理器(CPU)執(zhí)行指令所必須的時鐘頻率信號，CPU一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，時鐘信號頻率越高，通常CPU的運行速度也就越快。只要是包含CPU的電子產(chǎn)品，都至少包含一個時鐘源，就算外面看不到實際的振蕩電路，也是在芯片內(nèi)部被集成，由此它被稱為數(shù)字電路的心臟。

晶振符號與實物

石英晶片之所以能當(dāng)為振蕩器使用，是基于它的壓電效應(yīng)：在晶片的兩個極上加一電場，會使晶體產(chǎn)生機械變形;在石英晶片上加上交變電壓，晶體就會產(chǎn)生機械振動，同時機械變形振動又會產(chǎn)生交變電場，雖然這種交變電場的電壓極其微弱，但其振動頻率是十分穩(wěn)定的。當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率(由晶片的尺寸和形狀決定)相等時，機械振動的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為“壓電諧振”。

晶振分為有源晶振和無源晶振，二者區(qū)別如下：無源晶振稱為晶體，是無極性元件，一般有2個引腳，本身不能振蕩,依靠配合其他IC內(nèi)部振蕩電路工作;而有源晶振則是晶體+振蕩電路，封裝在一起。給他供上電源，就有波形輸出。有源晶振4只引腳，是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等)，更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。對于時序要求敏感的應(yīng)用，還是有源的晶振好，因為可以選用比較精密的晶振，甚至是高檔的溫度補償晶振。

2.晶振的主要參數(shù)

①標(biāo)稱頻率，就是晶體元件規(guī)格書中所指定的頻率，也是工程師在電路設(shè)計和元件選購時首要關(guān)注的參數(shù)。晶振常用標(biāo)稱頻率在1～200MHz之間，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的輸出頻率也常用PLL(鎖相環(huán))將低頻進行倍頻至1GHz以上。

② 輸出信號的頻率不可避免會有一定的偏差，我們用頻率誤差或頻率穩(wěn)定度，用單位ppm來表示，即百萬分之一(partsper million)(1/106)，是相對標(biāo)稱頻率的變化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差為±20ppm，表示它的頻率偏差為12×20Hz=±240Hz，即頻率范圍是(11999760～12000240Hz)

③還有一個溫度頻差，表示在特定溫度范圍內(nèi)，工作頻率相對于基準(zhǔn)溫度時工作頻率的允許偏離，它的單位也是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)稱值。

3.晶振好壞的測量

①用萬用表測晶振兩端的電阻值，若為無窮大，說明晶振無短路或漏電;

②用數(shù)字電容表測量其電容，一般損壞的晶振容量明顯減小(不同的晶振其正常容量具有一定的范圍，可測量好的得到，一般在幾十到幾百PF)。

③貼近耳朵輕搖，有聲音就一定是壞的(內(nèi)部的晶體已經(jīng)碎了，還能用的話頻率也變了)。

④測試輸出腳電壓。一般正常情況下，大約是電源電壓的一半。因為輸出的是正弦波(峰峰值接近源電壓)，用萬用表測試時，就差不多是一半啦。

⑤用代換法或示波器測量。

3.晶振的應(yīng)用電路

晶振用在單片機最小系統(tǒng)中

畫PCB時注意晶振下面不要布線，避免引起干擾。

審核編輯：湯梓紅