
晶振不加电压会自己起振吗?
答:不会。晶体谐振器(无源晶振)本身是一个无源元件,它不能自己产生振荡,必须依赖外部电路提供能量才能起振。
为何不能自己起振?
1、晶振的本质
我们常说的“晶振”,通常指的是晶体谐振器,它是一块经过切割并镀上电极的石英晶体片。它的核心特性是压电效应。
2、压电效应
当在晶体两侧施加电压时,晶体会发生微小的形变(振动);反之,当晶体因外力振动时,两侧会产生电压。
3、需要能量输入
要使晶体持续振动,就必须先有能量输入来“推动”它。不加电压,晶体就处于静止状态,没有初始的“推力”,它不会自发地开始振动并产生电信号。这就像你不去推一个静止的秋千,它自己不会荡起来一样。
起振的完整条件:“晶振电路”
我们通常说的“晶振起振”,实际上指的是一个完整的 “振荡电路” 在工作。这个电路由三部分组成:

1、晶体谐振器
提供精确的振动频率基准。
2、有源放大器
通常是芯片内部的反相器、晶体管或专用的振荡器电路。它的作用是提供能量(增益),补偿电路中的损耗。
3、外围匹配电路
通常包括两个小电容(负载电容),用于微调频率,帮助电路满足起振条件。
起振过程如下:

1、上电瞬间
电路通电时,会产生微小的电噪声(包含各种频率分量)。
2、选频与放大
这个噪声通过晶体。由于晶体只在自身谐振频率附近阻抗极低,因此只有该频率的噪声分量能通过并被后端的放大器放大。
3、正反馈形成
放大后的信号又反馈回晶体输入端,驱动晶体更强烈地振动。如此循环,信号不断加强。
4、达到稳定
当信号强度达到一定程度,放大器的非线性特性或自动增益控制会使增益下降,最终达到一个“能量损耗=能量补充”的稳定状态,电路输出一个纯净、稳定的时钟信号。

区分:有源 vs. 无源
晶体谐振器:即:无源晶振,就是上文所说的,需要外部电路才能工作的晶体。英文通常叫 Crystal (Xtal)。它通常有两个引脚(或四个引脚,但其中两个是外壳接地)。单独封装的晶振,99%都是这种。它不加电压绝对不会自己工作。
有源晶体振荡器:英文叫 Oscillator (XO、TCXO等)。它内部已经集成了晶体谐振器、放大电路和外围元件,封装成一个完整的模块。它有电源引脚、地引脚、输出引脚。只要给它加上规定的工作电压,它就能直接输出时钟信号。 “不加电压”,它当然也不工作,但它属于“给电就用”的完整器件。
