晶振的工作原理 2010-10-25 22:45 一、什么是晶振? 晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為 Crystal，它是時鐘電路中最重要的部件，它的主 要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn) 定會造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。 晶振還有個作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流,發(fā)出時鐘信號. 晶振是晶體振蕩器的簡稱。 它用一種能把電能和機械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下 工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百 萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓 控振蕩器（VCO）。 晶振在數(shù)字電路的基本作用是提供一個時序控制的標(biāo)準(zhǔn)時刻。 數(shù)字電路的工作是根據(jù)電 路設(shè)計，在某個時刻專門完成特定的任務(wù)，如果沒有一個時序控制的標(biāo)準(zhǔn)時刻，整個數(shù)字電 路就會成為“聾子”，不知道什么時刻該做什么事情了。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。 通常一個系統(tǒng)共用一個晶振， 便于各部分保 持同步。 有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振， 而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用， 以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。

如果不同子系統(tǒng)需要不 同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。 電路中，為了得到交流信號，可以用 RC、LC 諧振電路取得，但這些電路的振蕩頻率并 不穩(wěn)定。在要求得到高穩(wěn)定頻率的電路中，必須使用石英晶體振蕩電路。石英晶體具有高品 質(zhì)因數(shù)，振蕩電路采用了恒溫、穩(wěn)壓等方式以后，振蕩頻率穩(wěn)定度可以達(dá)到 10^(-9)至 10^(-11)。廣泛應(yīng)用在通訊、時鐘、手表、計算機……需要高穩(wěn)定信號的場合。 石英晶振不分正負(fù)極, 外殼是地線，其兩條不分正負(fù) 二、晶振的使用 晶振， 在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)， 電 工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低 的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率 是并聯(lián)諧振。 由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?在這個極窄的頻率范 圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶 振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振 電路。 這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路， 由于晶振等效 為電感的頻率范圍很窄， 所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有 很大的變化。 晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可 以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。

一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器 （注意是放大器不是反相器） 的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容 量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般 IC 的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。 一般的晶振的負(fù)載電容為 15p 或 12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩 個 22p 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。 晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件， 通常分成有源晶振和無源晶振兩個大類， 無源晶 振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無 源晶振通常信號質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更 換晶振時要同時更換外圍的電路。 有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器， 可以提供高精度的頻 率基準(zhǔn)，信號質(zhì)量也較無源晶振要好。 每種芯片的手冊上都會提供外部晶振輸入的標(biāo)準(zhǔn)電路， 會表明芯片的最高可使用頻率等 參數(shù)，在設(shè)計電路時要掌握。與計算機用 CPU 不同，單片機現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對較 低，但對于一般控制電路來說足夠了。 晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。