晶振
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-08-10
晶振的實(shí)例教程
首先要清楚的一件事情是：晶振分為無(wú)源晶振與有源晶振兩大類。
基于這兩類晶振的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與工作原理的差異，
晶振被燒壞
的情況也要分為兩大類：
針對(duì)無(wú)源晶振被燒壞的情況有以下兩點(diǎn)：
1、手焊操作不當(dāng)
假如利用高溫或長(zhǎng)時(shí)間對(duì)導(dǎo)腳部位進(jìn)行加熱，會(huì)導(dǎo)致晶振內(nèi)部晶片鍍銀層破壞，電阻超差等問(wèn)題，引發(fā)晶振不起振。
2、激勵(lì)功率過(guò)大
根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，選擇合適激勵(lì)功率的晶振，切不可只為了改變晶振的輸出頻率，任意改變電路輸入給晶振的激勵(lì)功率的大小。因?yàn)殡娐诽峁┑募?lì)功率過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致石英晶片振幅變大，因此過(guò)多的熱量產(chǎn)生導(dǎo)致石英晶片振動(dòng)區(qū)域的溫度升高。石英晶片本身則產(chǎn)生梯度性溫度攀升，直接破壞頻率穩(wěn)定度。由于晶片機(jī)械性變形程度可能會(huì)超出彈性極限，造成晶格不可恢復(fù)性的位移，造成晶振輸出頻率永久性頻偏。更嚴(yán)重的情況下，石英晶片振碎，導(dǎo)致晶振徹底不起振（停振），也就是我們所說(shuō)的“燒壞”。造成等效電阻變大(注：一般晶振電阻值為10~100Ω)，影響晶振起振，嚴(yán)重情況下造成晶振停振。激勵(lì)功率過(guò)大，還可能導(dǎo)致導(dǎo)致固著晶片與基座的導(dǎo)電膠受損，比如斷裂，后果是造成晶振內(nèi)部電路斷路、晶振停振。
在無(wú)源晶振的電路應(yīng)用中，加在晶振兩端的電壓很低，因此無(wú)源晶振被燒壞的情況極少。而該類事故卻更多發(fā)生在有源晶振的不當(dāng)應(yīng)用上，因此需要引起特別關(guān)注。
針對(duì)有源晶振被燒壞的情況也分為以下兩點(diǎn)：
1、電壓輸入接錯(cuò)方向
石英晶體振蕩器通常用法：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。
電壓正確接法：必須把電壓輸入接到晶振的電壓輸入腳（VCC）。若錯(cuò)接到接地腳，晶振就會(huì)被電流 “燒壞”。
展開(kāi) 晶振的重要參數(shù)就是負(fù)載電容，選擇與負(fù)載電容相等的電容并聯(lián)，能保證晶振工作在額定頻率。假如晶振的負(fù)載電容是15pf，那么C1、C2我們可以選擇30pf，考慮到芯片管腳電容和PCB走線電容的影響，這個(gè)取值也可以適當(dāng)減小，27pf，22pf一般也能正常工作。在滿足起震要求的情況下，C1、C2可以選擇的盡量小，這樣可以加快晶振的起震時(shí)間。需要注意的是，有些晶振廠商會(huì)直接提供C1、C2的推薦值，而不是給出負(fù)載電容，所以在實(shí)際使用的時(shí)候還是要根據(jù)使用的具體型號(hào)去和廠家確認(rèn)。
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晶振除了壓電效應(yīng)以外，還有一個(gè)不能被忽略的特性，就是溫漂。晶振的振蕩頻率會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化發(fā)生微小的偏移，這是晶振固有的特性。正是由于溫漂的存在，普通晶振的精度很難做的很高，常見(jiàn)的晶振精度多為40ppm，20ppm，很難做到10ppm以下。這種精度在一些對(duì)晶振精度要求不高的場(chǎng)合，如微 處理器的時(shí)鐘輸入等，完全能夠滿足需求。但是在無(wú)線通信，蜂窩應(yīng)用，廣播電視等應(yīng)用領(lǐng)域，需要時(shí)鐘精確同步，普通晶振就很難滿足系統(tǒng)需求了。為了解決溫漂帶來(lái)的影響，系統(tǒng)就要選擇精度更高的溫補(bǔ)晶振或者恒溫晶振。溫補(bǔ)晶振是通過(guò)感應(yīng)環(huán)境溫度，然后將溫度信息轉(zhuǎn)換成控制量控制晶振的輸出頻率。現(xiàn)在的溫補(bǔ)晶振多采用數(shù)字化技術(shù)，能夠達(dá)到更精確的控制。而恒溫晶振更進(jìn)一步，將晶體置于恒溫槽內(nèi)，通過(guò)設(shè)置恒溫工作點(diǎn)，使恒溫槽保持一個(gè)恒溫的狀態(tài)，晶體在恒溫槽內(nèi)就可以不受外界溫度的影響，大大提高晶振輸出頻率的穩(wěn)定度。溫補(bǔ)晶振和恒溫晶振的輸出精度都能夠達(dá)到1ppm甚至更高。能夠滿足嚴(yán)苛的系統(tǒng)需求。
由于晶振在數(shù)字電路中的重要性，在使用和設(shè)計(jì)的時(shí)候我們需要小心處理：
a.
展開(kāi) 晶振概念：在振蕩器中采用一個(gè)特殊的元件——石英晶體，它可以產(chǎn)生頻率高度穩(wěn)定的交流信號(hào)，這種采用石英晶體的振蕩器稱為晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱晶振。
制作方法：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡(jiǎn)稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等)，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接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了晶振器，常見(jiàn)的有DIP(插腳類)和SMD(插片類)。
常見(jiàn)晶振
插腳類晶振
貼片類晶振
晶振特性：
有源晶振無(wú)源晶振的常見(jiàn)電路
晶振與CPU相連：CPU需要復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能。一般時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種信號(hào)產(chǎn)生：一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；另一種為外部方式，時(shí)鐘信號(hào)由外部引入，時(shí)鐘晶振就是芯片的外部時(shí)鐘信號(hào)源。時(shí)鐘晶振的主要作用是通過(guò)分頻電路向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，時(shí)鐘芯片就是拿這把標(biāo)尺來(lái)量時(shí)間。若時(shí)鐘晶振工作頻率不穩(wěn)定會(huì)，就會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，引發(fā)失效不良風(fēng)險(xiǎn)。
晶振與CPU連接圖
通過(guò)分頻電路給各種信號(hào)提供基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)
晶振的測(cè)量
使用示波器直接測(cè)輸出波形，看輸出頻率是否穩(wěn)定并計(jì)算頻率
本文作者：芯博士
展開(kāi) 頻率為MHz級(jí)的晶振的啟動(dòng)時(shí)間是毫秒級(jí)的，而32kHz的晶振的啟動(dòng)時(shí)間一般要1～5秒。
e、晶體牽引度
晶振的牽引度是指工作在正常并聯(lián)諧振區(qū)的晶振頻率的變化率。這也用于衡量隨負(fù)載電容變化而導(dǎo)致的頻率變化，負(fù)載電容的減少會(huì)導(dǎo)致頻率的增加，反之負(fù)載電容的增加會(huì)導(dǎo)致頻率的減小。晶振的牽引度表達(dá)式如下：
晶振選型及外部器件的簡(jiǎn)易指南
本節(jié)給出了一個(gè)挑選合適的晶振及外部器件的簡(jiǎn)易指南，一共可分為3個(gè)主要步驟：
1、計(jì)算增益裕量gainmargin
首先選擇一個(gè)晶振(根據(jù)MCU需求及晶振手冊(cè))
然后計(jì)算晶振的增益裕量(gainmargin)并檢查其是否大于5：如果gainmargin < 5，說(shuō)明這不是一個(gè)合適的晶振，應(yīng)當(dāng)換一個(gè)低ESR值或低CL值的晶振，知道滿足大于5的條件。
2、計(jì)算外部負(fù)載電容
計(jì)算CL1和CL2的值（計(jì)算方法見(jiàn)前面章節(jié)），并檢查標(biāo)定為該計(jì)算值的電容是否能在市場(chǎng)上獲得。
如果能找到容值為計(jì)算值的電容，則晶振可以在期望的頻率正常起振。
如果找不到容值為計(jì)算值的電容，在對(duì)頻率的要求不是特別苛刻時(shí)，選擇市場(chǎng)上能獲得的電容中容值距計(jì)算值最近的電容，然后轉(zhuǎn)到第三步。
3、驅(qū)動(dòng)功率及Rext的計(jì)算
計(jì)算驅(qū)動(dòng)功率DL并檢查其是否大于晶振的DL參數(shù)要求DLcrystal：
如果DL < DLcrystal，沒(méi)必要使用外部電阻，祝賀你，你找到了合適的晶振。
如果DL > DLcrystal，應(yīng)該計(jì)算Rext使其確保DL< DLcrystal并據(jù)此重新計(jì)算Gainmargin。如果Gainmargin> 5，祝賀你，你找到了合適的晶振。如果Gainmargin< 5，需要再重新挑選另外一個(gè)晶振，然后重新回到第一步。
展開(kāi) 電子元器件的小型化趨勢(shì)，有力促進(jìn)了當(dāng)下社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，電子元器件越小，為主板節(jié)約的空間越大，因此，有人異想天開(kāi)，如果能將晶振電路封裝到IC芯片(如時(shí)鐘芯片)內(nèi)部將是多么wan美，就如同有源晶振在無(wú)源晶振的基礎(chǔ)內(nèi)置振動(dòng)芯片，就無(wú)需外部的電容電阻等元器件了。
但實(shí)際出于各種原因，晶振并沒(méi)有內(nèi)置到IC芯片中。這究竟是為什么呢？
原因1、早些年，芯片的生產(chǎn)制作工藝也許還不能夠?qū)?em>晶振做進(jìn)芯片內(nèi)部，但是現(xiàn)在可以了。這個(gè)問(wèn)題主要還是實(shí)用性和成本決定的。
原因2、芯片和晶振的材料是不同的，芯片 (集成電路) 的材料是硅，而晶體則是石英 (二氧化硅)，沒(méi)法做在一起，但是可以封裝在一起，目前已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了，但是成本就比較高了。
原因3、晶振一旦封裝進(jìn)芯片內(nèi)部，頻率也固定死了，想再更換頻率的話，基本也是不可能的了，而放在外面, 就可以自由的更換晶振來(lái)給芯片提供不同的頻率。
有人說(shuō)，芯片內(nèi)部有 PLL，管它晶振頻率是多少，用 PLL 倍頻/分頻不就可以了，那么這有回到成本的問(wèn)題上來(lái)了，100M 的晶振集成到芯片里, 但我用不了那么高的頻率，我只想用 10M 的頻率，那我為何要去買你集成了 100M 晶振的芯片呢，又貴又浪費(fèi)。
我們通常所說(shuō)的 "片內(nèi)時(shí)鐘", 是不是實(shí)際上片內(nèi)根本沒(méi)有晶振, 是有RC 振蕩電路。
由圖可以看出系統(tǒng)時(shí)鐘的供給可以有3種方式，HSI，HSE，PLL。
展開(kāi) 
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晶振的最新內(nèi)容
節(jié)省外圍器件
支持外圍 4 個(gè)元器件，包括 1 顆晶振和 3 個(gè)貼片電容；
支持雙層或單層印制板設(shè)計(jì)，可以使用印制板微帶天線；
芯片自帶部分鏈路層的通信協(xié)議；配置少量的參數(shù)寄存器，使用方便。
LJQ8361
產(chǎn)品品牌：永嘉微電/VINKA
產(chǎn)品型號(hào)：VK6932
封裝形式：SOP32
產(chǎn)品年份：最新年份
特點(diǎn)
? 工作電壓：2.4V~3.3V
? LCD電壓：3.6V~4.9V
? 低工作電流：3V時(shí)小于3μA
? 外部32.768kHz晶振
? 可選擇1/2或1/3偏置；1/2、1/3或1/4占空比的LCD應(yīng)用
? 內(nèi)部時(shí)基頻率源
電路設(shè)計(jì)：
外圍結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，僅需配置晶振與少量外圍元器件，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線發(fā)射功能，方案易搭建。
功能與編碼：
芯片內(nèi)置可編程存儲(chǔ)器，方便用戶程序開(kāi)發(fā)與功能調(diào)試驗(yàn)證；
支持自定義編碼，兼容 1527、2240、2260 等主流通用編碼格式。
42.3dB/1.6dB step
麥克風(fēng)支持差分和單端可以配置
集成溫度傳感器
4*32bit 通用定時(shí)器 + 2 個(gè) 32 位 aon 定時(shí)器 + 24 位 rtc+24 位 systick
睡眠模式 1.6 uA
待機(jī)模式 4.8uA
射頻接收電流 10.2mA
射頻發(fā)送電流 9.5mA
支持?jǐn)?shù)據(jù)包長(zhǎng)度擴(kuò)展，最大 256 字節(jié)
板子不挑天線，BOM 最低只要一顆晶振
激光雷達(dá)超遠(yuǎn)距離測(cè)距技術(shù)2個(gè)月前
時(shí)鐘模塊為兩個(gè)獨(dú)立的5MHz高穩(wěn)晶振。時(shí)鐘模塊產(chǎn)生測(cè)距通信系統(tǒng)所需的采樣時(shí)鐘、處理時(shí)鐘、數(shù)據(jù)時(shí)鐘、字節(jié)時(shí)鐘、幀時(shí)鐘等。
發(fā)送模塊實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)讀取、測(cè)距計(jì)數(shù)讀取、數(shù)據(jù)加擾、成幀、并串轉(zhuǎn)換、占空比脈沖調(diào)制（模擬激光調(diào)制）。接收模塊實(shí)現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的位同步、幀同步檢測(cè)、測(cè)距脈沖計(jì)數(shù)、距離解算、恢復(fù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。算法實(shí)現(xiàn)模型中各功能模塊連接關(guān)系如下圖所示。
、32.768kHz 晶振振蕩器
-32MHz 阻容（RC）振蕩器、32.768kHz 阻容（RC）振蕩器
協(xié)議支持
-藍(lán)牙 5.4 低功耗（BLE）物理層（PHY）、鏈路控制器
-專有 2.4GHz 鏈路控制器
電源特性
-單電源供電電壓：1.71V ~ 3.6V
-接收（RX）峰值電流：7.8mA
-發(fā)射（TX，0dBm）峰值電流：9.9mA
晶振：普通晶振，溫補(bǔ)晶振，恒溫晶振，壓控晶振等。
繼電器：直流電磁繼電器，交流電磁繼電器，磁保持繼電器，舌簧繼電器，固態(tài)繼電器等。
電阻類：插件薄膜（色環(huán)）電阻，金屬膜電阻，金屬氧化膜電阻，碳膜電阻，繞線電阻，水泥電阻，鋁殼電阻，陶瓷片式電阻，熱敏電阻，壓敏電阻等。
2026深圳國(guó)際電子元器件展覽會(huì)4個(gè)月前
晶振：普通晶振，溫補(bǔ)晶振，恒溫晶振，壓控晶振等。
繼電器：直流電磁繼電器，交流電磁繼電器，磁保持繼電器，舌簧繼電器，固態(tài)繼電器等。
電阻類：插件薄膜（色環(huán)）電阻，金屬膜電阻，金屬氧化膜電阻，碳膜電阻，繞線電阻，水泥電阻，鋁殼電阻，陶瓷片式電阻，熱敏電阻，壓敏電阻等。
42.3dB/1.6dB step
? 麥克風(fēng)支持差分和單端可以配置
? 集成溫度傳感器
? 4*32bit 通用定時(shí)器+2個(gè)32位aon定時(shí)器+24位rtc+24位systick
? 睡眠模式1.6 uA
? 待機(jī)模式4.8uA
? 射頻接收電流10.2mA
? 射頻發(fā)送電流9.5mA
? 支持?jǐn)?shù)據(jù)包長(zhǎng)度擴(kuò)展，最大256字節(jié)
? 板子不挑天線，BOM最低只要一顆晶振
晶振：普通晶振，溫補(bǔ)晶振，恒溫晶振，壓控晶振等。
繼電器：直流電磁繼電器，交流電磁繼電器，磁保持繼電器，舌簧繼電器，固態(tài)繼電器等。
電阻類：插件薄膜（色環(huán)）電阻，金屬膜電阻，金屬氧化膜電阻，碳膜電阻，繞線電阻，水泥電阻，鋁殼電阻，陶瓷片式電阻，熱敏電阻，壓敏電阻等。
