晶振是一种常见的电子元件，用于生成稳定的时钟信号。理解晶振的工作原理，关键在于掌握其核心的压电效应及石英晶体的特性。
压电效应与石英晶体
石英晶体，化学式为二氧化硅 SiO2，因其 独特的正六边形结构而广为人知，这种结构使其在受到外力或电压时，能够实现电能与机械能之间的 相互转换。当石英晶体受到外部压力作用时，其表面会产生电荷，电荷量与所受外力呈正比。反之，若对晶片两端的电极施加电压，晶体则会产生机械变形。这种压电效应是晶振时钟信号产生的重要基础。
上图展示了未受到外力作用的晶格状态，而下图则描绘了当晶体在X轴或Y轴方向受到压力时，晶格发生的变形情况。
等效电路与谐振分析
为了更好地理解石英晶体的 压电谐振现象，通常借助等效电路来进行模拟分析。等效电路中，包括了静态电容C0、动态电容C1、谐振电阻R1以及动态电感L1等元件，通过这些元件的组合，能够模
拟出石英晶体的压电谐振现象。
通过等效电路模型，分析这些电子元件对于谐振频率的影响，有助于深入理解石英晶体的工作机制，其中晶振的频率稳定性与晶片的Q值紧密相关，Q值越高，频率稳定性越好。
影响晶振频率的因素
晶振的频率受多种因素影响，包括晶片的切割方式（如AT切和SC切等）、厚度（与晶振频率直接相关）、振动模式（即石英晶体采用的振荡方式），以及 晶振的尺寸和类型等参数。这些因素的不同组合共同决定了其实际应用中的频率特性。
关于晶体（AT切和SC切）频率vs温度特性，如下图所示：
拓展阅读：晶振选型指南
一、晶振选型的关键参数
晶振选型需聚焦频率、负载电容、频率容差、温度特性、功耗五大核心参数，适配设备需求与场景，各行业对参数要求差异明显：
1. 频率
定义：输出基准时钟频率，范围32.768kHz~数百MHz。
选型：严格匹配芯片推荐频率，避免功能异常。
行业差异：通信业（5G 基站）需高频稳定型号（25/50MHz）；消费电子（普通家电）用 32.768kHz 或 4~8MHz 即可。
2. 负载电容（CL）
定义：晶振两端等效电容（pF），需与电路电容匹配。
选型：按 PCB 外接电容选，常见 6/8/10/12.5pF，可定制 3~20pF。
行业差异：工业设备（PLC）选 10~12.5pF 保稳定；微型消费电子（TWS 耳机）用 6~8pF 适配小空间。
3. 频率容差
定义：常温下实际与标称频率偏差（ppm），决定时钟精度。
选型：高精度场景选 ±5ppm，常规 ±10ppm，低成本 ±20ppm。
行业差异：医疗设备（血糖仪）需≤±5ppm；消费电子（智能音箱）用 ±10~20ppm。
4. 温度特性
定义：不同温度下频率稳定性，含工作温度范围与温度频差。
选型：按环境选等级（商业级 -20~+70℃、工业级 -40~+85℃、车规级 -40~+105℃），关注温度频差。
行业差异：车载（ADAS）需车规级；室内设备（平板）用商业级。
5. 功耗
定义：工作电流（μA/mA），影响便携设备续航。
选型：低功耗设备选≤1μA 型号（32.768kHz），高频晶振 5~10μA。
行业差异：可穿戴设备（智能手表）、物联网传感器优先低功耗；工业插电设备（伺服驱动器）更关注稳定性。
二、不同封装型号的特点对比
SMD1612晶振 1.6×1.2mm 超小型、低功耗
SMD2016晶振 2.0×1.6mm 高性价比、通用型
SMD2520晶振 2.5×2.0mm 稳定度高
SMD3225晶振 3.2×2.5mm 工业级可靠性
三、精度与稳定度的匹配策略
晶振选型需结合设备需求与场景，平衡性能与成本：
通信设备（5G 基站、卫星接收机等）：需 ±0.5ppm 高精度 TCXO，避免信号误码与干扰；骨干网设备可升级 ±0.01ppm OCXO，降低频率漂移。
消费电子（智能手环、TWS 耳机等）：±10ppm 标准石英晶振即可，不影响功能且成本仅为高精度 TCXO 的 1/3~1/5，适配量产需求。
四、温度性能与应用环境考虑
选型需匹配环境温度，兼顾启动特性与老化率：
极端温度场景（车载电子、户外传感器）：选 – 40~+105℃（车载）/-40~+85℃（户外）宽温晶振，避免高低温故障；启动时间≤10ms，保障设备快速稳定。
常规环境场景（智能音箱、平板）：-20~+70℃商业级晶振足够，关注年老化率≤±1ppm / 年，防止长期使用时钟偏差。
五、实际应用中的选型案例
按设备需求适配晶振封装、参数：
智能手表：1612 封装低功耗晶振（32.768kHz RTC 时钟、26MHz 蓝牙），省空间且电流≤1μA，延长续航。
工业控制设备（PLC、伺服驱动器）：2520 封装高稳定晶振（12/24MHz，±5ppm），抗振抗冲击，适配车间环境。
通信设备（5G 小基站）：3225 封装 TCXO/OCXO（10~50MHz），满足 – 40~+85℃稳定需求，散热好适配24小时工作。
