晶振的作用是什么?晶振有哪些?如何选择合适的晶振?

晶振的作用是什么?晶振有哪些?如何选择合适的晶振?

(贴片晶振在电路板上)

晶振,全名叫“晶体振荡器”,晶振的作用是在电路当中起到产生振荡频率的作用。单片机可以看作为在时钟信号驱动下的时序逻辑电路,而这个所需要的时钟信号源即为晶振所产生。换句话说,晶振如同单片机的心脏,它让单片机时刻有脉动,并控制着CPU的工作节奏,就如同红绿灯控制着十字路口机动车的交通一样。

晶振有哪些?

晶振分为有无源晶振(石英晶体谐振器)和有源晶振(石英晶体振荡器)两种。如果我们在PCBA上看到晶振周边存在电容、电阻等元器件来协助起振,就说明该晶振为无源晶振。有源晶振内部有包括IC在内的一套完整的起振电路,输入额定电压即可起振,因此它不需要外围电子元器件的辅助。

时钟信号分为两种方式产生:一种是内部方式,利用芯片内部的振荡电路,不过一般为RC振荡电路,产生时钟信号;第二种种为外部方式,即外接一颗晶振,时钟信号由外部引入和引入外部振荡器作为输入。无源晶振电路及有源晶振电路分别为外部提供时钟信号源的两种方式。

如何选择合适的晶振

晶振的种类很多,那么我们在选择晶振时候需要注意哪些细节呢?

晶振的作用是什么?晶振有哪些?如何选择合适的晶振?

(晶诺威科技有源晶振系列产品已趋于小型化)

晶振主要参数为:频率、频率精度、封装尺寸、适用的环境温度。

频率

频率为晶振的最主要参数,单片机决定着晶振的频率。如果晶振频率选错,单片机将无法运行,就更不用谈正常运行,会直接导致系统无法启动。

频率精度

如果芯片对时钟信号精度要求很高,举蓝牙模块为例,晶振频率偏差过大会直接导致蓝牙设备之间连接失败或连接中信号中断。关于晶振精度的选择,建议精度越高越好。常见晶振频率精度为±10ppm 至 ±30ppm。若芯片需求晶振频率精度为±30ppm,我们可以选择±20ppm或±10ppm的来替换,但是精度±10ppm的晶振不能由±20ppm及±30ppm的晶振替换,即只可升级,而不可降级使用。

封装尺寸

晶振的封装有很多,主要为贴片式及插件式两种。常见插件式晶振为圆柱晶振及椭圆形晶振49S。贴片晶振尺寸小型化已经呈现小型化及低功耗趋势。贴片晶振在频率精度及实际工作稳定性方面较插件晶振优势更加明显,而有源贴片晶振又比无源贴片晶振表现更稳定。

环境温度

鉴于晶振本身核心部分为石英晶体,而该材料具有“温漂”特性,若设备存在温度骤变之外围环境,建议在晶振选型时一定注意晶振的温度频差这个指标。温度频差指的是晶振在实际工作中输出的频率受到温度变化的影响程度。晶振默认正常工作温度为:-20℃~+70℃, 温度频差:±10ppm ~ ±30ppm。若设备真实工作温度在 -40℃~+85℃,就需要确认在这个温度区间内晶振的精度能否满足芯片的要求了。如无法满足,晶振就可能会出现无法正常工作,导致设备无法正常运行或无法开机等不良现象的发生。可以在-40℃~+85℃及温度区间更大的环境下正常工作的晶振称之为宽温晶振

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