无源晶振

晶振及其内部电路详解： 晶振原理： 晶振，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低 的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路，由于晶振等效为电感的频率范围很窄， 所以即使其他元件的参数变化很大，这个振荡器的频率也不会有很大的变化。 晶振有一个重要的参数，那就是负载电容值，选择与负载电容值相等的并联电容，就可以得到晶振标称的谐振频率。 一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器（注意是放大器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不能忽略。 一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。 负载电容+等效输入电容=22pF 无源晶振 有源晶振： 晶振是为电路提供频率基准的元器件，通常分成有源晶振和无源晶振两个大类，无源晶振需要芯片内部有振荡器，并且晶振的信号电压根据起振电路而定

定义 晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电....的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即Q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。 晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串联一个电容的二端网络，电工学上这个网络有两个谐振点，以频率的高低分其中较低的频率是串联谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率范围内，晶振等效为一个电感，所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路

晶振，全称晶体振荡器，它能够产生中央处理器（CPU）执行指令所必须要的时钟频率信号，CPU一切指令的执行都是建立在这个基础上的，时钟信号频率越高，通常CPU的运行速度也就越快。 晶振有几个重要参数： 1，晶体元件规格书中所指定的频率，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。晶振常用标称频率在1～200MHz之间，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL（锁相环）将低频进行倍频至1GHz以上。我们称之为标称频率。 2，输出信号的频率不可避免会有一定的偏差，我们用频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability），用单位ppm来表示，即百万分之一（parts per million）（1/106），是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×20Hz=±240Hz，即频率范围是（11999760～12000240Hz） 3，还有一个温度频差（Frequency Stability vs Temp）表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是ppm。 4，另外，负载电容CL（Load capacitance），它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容（不是晶振外接的匹配电容）

　　这是我在做单片机最小系统板时候碰到的问题，之前虽然也做过相似的板子，可是未曾出现过无源晶振不起振的问题。下面是我在遇到问题后的一些检查，排除问题的过程。本人小菜鸟一个，文章中如有错误和不足，还望各位大佬指正和补充。 　　事情是这样的，本人做了一款32单片机最小系统板(先叫它老大)，在老大出来之前的前五个月，我用相同的PCB板焊了一款用在毕设上面，那个是能正常工作的。板上有个小负载，LED灯。想让这个灯闪烁。代码是没有问题的，因为下载到从网上买的单片机是正常工作的。用JLink下载到自己做的板子上也是能下载进去的，但是不工作。怀疑晶振没起振。用示波器测量晶振引脚对地为一个高电平，而控制那个灯亮的管脚一直是高电平。买回来的板子晶振引脚对地为一个正弦波，控制灯的引脚波形为方波。 　　找到问题出现在板子时钟没起振，到底是时钟电路哪个地方出问题了还未得知。首先想到的是换个晶振，8M的晶振换了(第一次换)，换过后，程序烧写进去，复位按键按下，灯不亮。接着考虑晶振旁边的匹配电容的问题，将匹配电容由22pf换成了20pf,仍然是不工作。没想通是为什么。于是将剩余的器件和板子拿出来想焊另外一块对着排查，结果焊接的时候，没控制好力道，把引脚弄弯了，芯片引脚勾肩搭背了，开始谈恋爱了，狂撒一波狗粮。这样肯定不行啊，月老不能乱点鸳鸯谱啊，于是，用热风枪把整个芯片吹下来了，棒打鸳鸯，结果焊盘不愿意了

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晶振电路中为什么用22pf或30pf的电容而不用别的了。 其实单片机和其他一些IC的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，如下图 Y1是 晶体 ，相当于三点式里面的 电感 ，C1和C2就是电容，5404非门和R1实现一个NPN的 三极管 ，接下来分析一下这个电路。 5404必需要一个 电阻 ，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1相当于三极管的偏置作用，让5404处于放大区域，那么5404就是一个反相器，这个就实现了NPN三极管的作用，NPN三极管在共发射极接法时也是一个反相器。 大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是，系统放大倍数大于1，这个容易实现，相位满足360度，与晶振振荡频率相同的很小的振荡就被放大了。接下来主要讲解这个相位问题： 5404因为是反相器，也就是说实现了180°移相，那么就需要C1，C2和Y1实现180°移相就可以，恰好，当C1，C2，Y1形成谐振时，能够实现180移相，这个大家可以解方程等，把Y1当作一个电感来做。也可以用电容电感的特性，比如电容电压落后 电流 90°，电感电压超前电流90°来分析，都是可以的。当C1增大时,C2端的振幅增强，当C2降低时，振幅也增强。有些时候C1，C2不焊也能起振，这个不是说没有C1，C2，而是因为芯片引脚的分布电容引起的，因为本来这个C1，C2就不需要很大，所以这一点很重要。接下来分析这两个电容对振荡稳定性的影响。