一、简介

晶体振动是数字电路的心脏，因为所有数字电路都需要高频、高稳定的工作时钟信号，为电路的工作提供时间基准，使各模块的工作能够有序进行。LC振荡器稳定性差，频率容易漂移（即交流信号频率容易变化），因此最常见的是晶体振动。可以说，只要有数字电路，就可以看到晶体振动。

石英晶体是振荡器中的一种特殊元件，可以产生高度稳定的信号，称为晶体振荡器。

二、符号

三、分类

晶振的分类： 晶体振荡器也分为 无源晶振 和 有源晶振 两种类型。

• 无源晶振crystal(以下简称晶体，又称谐振器):
  一般来说，直接插入两只脚的无极元件需要时钟电路来产生振荡信号。常见的有49U、49S封装。
  

• 有源晶振oscillator(以下简称晶振，又称振荡器):
  一般表贴四脚包装，包括电源引脚、地引脚、频率输出引脚等。，只需供电即可产生振荡信号。一般分为7050、5032、3225、2520种包装形式。
  

区别：

• 价格：
  有源晶体振动相对昂贵，但有源晶体振动本身可以振动。无源晶体振动和有源晶体振动都有自己的优缺点。如果考虑产品成本，建议选择无源晶体振动电路；如果考虑产品性能，建议选择有源晶体振动电路，节省时间和方便，保证产品性能。
• 精度：
  无源晶振的最高精度为5ppm，有源晶振的精度可达0.1ppm。精度越高，频率稳定性越好。有源晶体振动的稳定性优于无源晶体振动，但也有自己的小缺陷。有源晶体振动的信号电平是固定的，因此需要选择合适的输出电平，灵活性较差。
• 封装：
  有源晶振一般有四个脚，一个电源，一个接地，一个信号输出端，一个NC(空脚)。按逆时针(管脚向下)分别标注1脚，分别为2、3、4。
• 外部电路：
  无源晶振有两个引脚，需要外部时钟电路的帮助(接收主IC内部振荡电路)可以产生振荡信号，不能自行振荡。有源晶体振荡包含内部时钟电路，只需供电即可产生振荡信号。

四、工作原理

晶体振动具有压电效应，即晶体在晶片两极外加电压后会变形。另一方面，如果晶片由外力变形，金属片在两极上会产生电压。如果将适当的交变电压添加到晶片中，晶片会产生谐振(谐振频率与石英倾斜有关，且频率一定)。晶体振动利用晶体，可以转化电能和机械能，在共振状态下工作，提供稳定、准确的单频振荡。在正常工作条件下，普通晶振频率的绝对精度可达50%。晶振能提供稳定的脉冲，广泛应用于微芯片的时钟电路中。晶片多为石英半导体材料，外壳用金属包装。


石英晶体具有在晶片轴向上施加压力时产生一定电位的特点。

相反，当晶体的某些轴向施加电场时，晶体会产生机械变形。

五、主要参数

• 标称频率：
  不同的晶振标称频率不同，标称频率大都标注在晶振外壳上。一般核心频率的选择取决于频率需求元件的要求，比如时钟芯片就需要32.768KHz的晶振，MCU一般是一个范围，基本从4开始M几十米都有。

• 负载电容（CL）：
  负载电容是指连接晶体振动两条导线的集成电路（IC）所有内外有效电容的总和可视为晶振片在电路中串联电容。振荡器的振荡频率因负载电容而异。但标称频率相同的晶体振动，负载电容不一定相同。一般分为低负载电容(串联谐振晶体)和高负载电容(并联谐振晶体)。因此，当标称频率相同的晶体交换时，必须要求负载电容一致，不易交换，否则电路工作会异常。

• 频率准确度：
  频率精度是指标称电源电压、标称负载阻抗、基准温度(25℃）当其他条件保持不变时，晶体振荡器的频率相对于其规定标称值的最大允许偏差，即（fmax-fmin）/f0。精度一般为0.5ppm、±5ppm、±10ppm、±20ppm、±50ppm等等。精度的选择一般是指频率要求设备的精度要求，如高精度时钟芯片±5ppm在内部，选择普通应用程序±20ppm左右。

• 温度稳定度：
  温度稳定性是指晶体振荡器输出频率在规定温度范围内的最大变化相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频率偏差，即（fmax-fmin）/（fmax fmin）。晶体振动是一种物理设备，其工作温度与价格成正比。工作温度要求越高，价格越高，因此在选择晶体振动时也需要关注工作温度。

六、应用电路

6.1 并联晶体振荡器

单片机等IC的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，这样的组成可以使晶振处于并联谐振模式。反相器提供180°晶振、晶振、R1、C1、C2组成的π另外1800型网络产生另外1800个°的相移。因此，整个环路相移为360°。这满足了保持振荡的条件。另一个条件是要求闭环增益≥1.正确振动和保持振荡。

6.2 串联晶体振荡器

三极管接通电源后VT1、VT2导通，VT2发射极输出变化Ie石英晶体包含各种频率的信号X1对其中的f0信号阻抗很小，f0信号经X1、RP1反馈到VT1发射极，信号通过VT1放大后从集电极输出，又加到VT放大后从发射极输出，然后通过X1反馈到VT放大，如此重复，VT2输出的f0信号越来越大，VT1、VT放大电路的放大倍数越来越小，当放大倍数等于反馈衰减系数时，输出f0信号范围不再改变，电路输出稳定f0信号。

七、检测

电容测量方法：晶体在结构上类似于小电容，因此晶体的容量可以用电容表测量，并通过测量的容量值来判断。

以下是常用晶体的容量参考值。

本文转载自CSDN博主Leung_ManWah
电子电路学习笔记(15)-晶振