晶振是怎么工作的?石英晶体谐振器工作原理解析

晶振是怎么工作的?石英晶体谐振器工作原理解析

关于石英晶体谐振器工作原理,晶诺威科技解释如下:

晶振是怎么工作的?

晶振是怎么工作的?石英晶体谐振器工作原理解析

晶振的核心是石英晶体,石英晶片所以能做振荡电路是基于它的压电效应。从物理学中知道,若在今天的两个极板间加一电场,会使晶体产生机械变形,反之,若在极板间施加机械力,又会在相应的方向上产生电场。这种现象称为压电效应。

晶振是怎么工作的?石英晶体谐振器工作原理解析

根据对压电效应的理解,晶体可以将电能转化为机械能,然后机械能又转化为电能。如果晶体通交流电收缩与膨胀循环,这就是机械振动。机械振动的物理尺寸和结构固定之后,它本身就有一个固定的振动频率。当外加交变电压的频率与石英晶片的固有频率相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为压电谐振。因此,石英晶体又称为石英晶体谐振器,其特点是频率稳定度很高。

我们知道CPU的时钟源头来自晶振,那又有谁负责给晶振交变的电压呢?

晶振是怎么工作的?石英晶体谐振器工作原理解析

这得靠振荡电路来实现了。如果观察电路板,就很容易发现,很多单片机旁边都会有一颗晶振,而且晶振旁边还有两个电路,它们是起什么作用?其实这个就是晶振的振荡电路—-皮尔斯振荡电路。它是为单片机提供数字时钟信号的,我们只看到了晶振和电容。其实这个电路还有一部分在芯片内,主要包含一个反向器和反馈电阻,这个反向器兼具把信号放大的作用。在它的输出端能输出稳定的频率。

晶振是怎么工作的?石英晶体谐振器工作原理解析

只靠晶振是不能输出稳定的频率,它必须搭配振荡电路才可以正常工作,这个电路之所以能起振,依靠的是电路里面的噪声。当这个反向器刚上电时,放大了各种频率的噪声信号,然后这个信号会传输给晶振,而晶振只允许频率等于谐振频率的信号通过,这就实现了对信号的选择,可以把晶振的作用看作滤波。过滤掉不是谐振信号的频率,等于谐振信号的频率被反馈到输入端,又一次被放大,依次往复,这个振荡电路就能产生稳定的频率,这就是晶振的工作原理,CPU的时钟源就是这么产生的。

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