每个单片机系统里都有晶振(晶体震荡器),在单片机系统里晶振的作用非常大,他结合单片机内部的电路,产生单片机所必须的时钟频率,单片机的一切指令的执行都是建立在这个基础上的,晶振的提供的时钟频率越高,那单片机的运行速度也就越快。
  晶体振荡器的被广泛应用到军、民用通信电台,微波通信设备,程控电话交换机,无线电综合测试仪,BP机、移动电话发射台,高档频率计数器、GPS、卫星通信、遥控移动设备等等,90%的电子设备中都有用到晶振。
  生产晶振的几十大厂家如下:

  日本:
  爱普生(Epson Toyocom),京瓷(Kyocera Kinseki),NDK,KDS,西铁城,TEW,大和,金石(KSS),东泽通信,RIVER,PiezoTechnology,MF,富士电气,Raltron村田等等。
  台湾:
  TXC(晶技),加高,嘉硕(TAISAW),希华(SIWARD),泰艺,亚陶,友桂,鸿星(HOSONIC)等等。
  大陆:
  中电熊猫(CEC),唐山晶源,金华,东晶电子,汇隆,创捷,长兴,
  惠伦顿堡(友联),北京康特,湖北东光,湖北泰晶,晶峰,科琪,富晶宝,深圳华坤电子,浙江东晶(EAST CRYSTAL),正工,松季,晶鹏源,亿晶振业,瑞华欣,琦龙,泰河,新天源等等。
  其他国家:
  Rakon(锐康),威克创(Vecton),瑞士微晶(Micro Crystal)等。
  晶体机座:
  京瓷,潮州三环等等。
  晶振分类:

  1、按制作材料,分为石英晶振和陶瓷晶振。
  石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
  石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器(TCXO)、电压控制晶体振荡器(VCXO)、恒温控制式晶体振荡器(OCXO)和数字化/μp补偿式晶体振荡器(DCXO/MCXO)等几种类型。其中,无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种,在日本工业标准(JIS)中,称其为标准封装晶体振荡器(SPXO)。
  石英晶体振荡器的应用:1、石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路,其频率精度决定了电子钟表的走时精度。2、随着电视技术的发展,近来彩电多采用500kHz或503kHz的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源,经1/3的分频得到15625Hz的行频,其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜,更换容易。3、在通信系统产品中,石英晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现,同时也得到了更快的发展。许多高性能的石英晶振主要应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等。
  陶瓷晶振就是指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。
  2、按外形,分为长方形晶振、圆柱形晶振、椭圆形晶振。
  3、按封装形式,分为玻璃真空密封型晶振、金属壳封装型晶振、陶瓷封装型晶振、塑料壳封装型晶振。
  4、按照封装形式还可以分为贴片和直插。
  5、按谐振频率精度,分为高精度型、中精度型和普通型晶振。
  6、按应用特性,分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。
  串联谐振型晶振:①串联谐振型晶振的负载电容较小,属于低负载电容型晶振;②串联谐振型晶振只能在低负载电容的条件下,或者说只能在串联型振荡电路中使用;③由于晶振是与负载电容串联形成谐振,所以可通过微调负载电容,把振荡频率精确地调到标准值。
  并联谐振型晶振:①并联谐振型晶振的负载电容很大,属于高负载电容型晶振;②并联谐振型晶振只能在高负载电容的条件下,或者说只能在并联型振荡电路中使用;③并联型振荡电路的振荡频率不可调,这就要求并联谐振型晶振的精度更高、性能更稳定、谐振频率更精准。
  7、按晶振的功能和实现技术的不同,分为温度补偿晶振(TCXO)、压控晶振(VCXO)、普通晶振(SPXO)、恒温晶振(OCXO)。
  温度补偿晶体振荡器(TCXO)是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种石英晶体振荡器。石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有直接补偿和间接补偿两种类型。应用:测试设备。频率范围:1MHz-160MHz。
  电压控制晶体振荡器(VCXO),是通过施加外部控制电压使振荡频率可变或是可以调制的石英晶体振荡器。在典型的VCXO中,通常是通过调谐电压改变变容二极管的电容量来“牵引”石英晶体振子频率的。主要应用:移频直放站、测试设备、蜂窝基站。频率范围: 1MHz-200MHz 。
  恒温控制晶体振荡器(OCXO)是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定,将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。频率范围: 1MHz-160 MHz 。
  8、按照晶振电路组成,分为有源晶振和无源晶振。
  无源晶振为crystal(晶体),无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;无源晶振只有两个引脚,没有所谓的正负极。
  有源晶振则叫做oscillator(振荡器),有源晶振是一个完整的谐振振荡器,有源晶振需要接电源才能工作,一般有四个引脚,其中有两个电源输入引脚,有正负极之分。
  9、电子钟表中的晶振,按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。
  影响晶振质量的原材料

  晶振由四部分组成,这四部分原材料的选用都会影响到晶振的质量。
  水晶片:影响老化特性,长期使用后频率不稳,易碎,寿命低;
  外壳:生锈,频率变化,密封性变化影响寿命;
  基座:密封性,短期稳定性,弹片易碎;
  导电胶:影响温度特性,抗振性。
  如何使用晶振

  
图 0.1  晶振振荡电路
  上图就是一个常见的晶振振荡电路,晶振和CX1、CX2组成并联谐振回路,接到芯片的管脚上,与芯片内部的反相放大器成负反馈回路。
  晶振的重要参数就是负载电容,选择与负载电容相等的电容并联,能保证晶振工作在额定频率。假如晶振的负载电容是15pf,那么CX1、CX2我们可以选择30pf,考虑到芯片管脚电容和PCB走线电容的影响,这个取值也可以适当减小,27pf,22pf一般也能正常工作。
  在满足起震要求的情况下,CX1、CX2可以选择的尽量小,这样可以加快晶振的起震时间。需要注意的是,有些晶振厂商会直接提供CX1、CX2的推荐值,而不是给出负载电容,所以在实际使用的时候还是要根据使用的具体型号去和厂家确认。
  晶振除了压电效应以外,还有一个不能被忽略的特性,就是温漂。晶振的振荡频率会随着环境温度的变化发生微小的偏移,这是晶振固有的特性。正是由于温漂的存在,普通晶振的精度很难做的很高,常见的晶振精度多为40ppm,20ppm,很难做到10ppm以下。这种精度在一些对晶振精度要求不高的场合,如微处理器的时钟输入等,完全能够满足需求。但是在无线通信,蜂窝应用,广播电视等应用领域,需要时钟精确同步,普通晶振就很难满足系统需求了。为了解决温漂带来的影响,系统就要选择精度更高的温补晶振或者恒温晶振。温补晶振是通过感应环境温度,然后将温度信息转换成控制量控制晶振的输出频率。现在的温补晶振多采用数字化技术,能够达到更精确的控制。而恒温晶振更进一步,将晶体置于恒温槽内,通过设置恒温工作点,使恒温槽保持一个恒温的状态,晶体在恒温槽内就可以不受外界温度的影响,大大提高晶振输出频率的稳定度。温补晶振和恒温晶振的输出精度都能够达到1ppm甚至更高,能够满足严苛的系统需求。
  由于晶振在数字电路中的重要性,在使用和设计的时候我们需要小心处理。
  晶振内部存在石英晶体,所以在受到外部撞击或者跌落的时候容易造成石英晶体断裂破损造成晶振失效。在设计的时候就要考虑晶振的可靠安装以及位置尽量不要靠近板边,设备外壳等等。
  在手工焊接或者机器焊接的时候要注意焊接温度,晶振对温度比较敏感,焊接时温度不能过高,并且加热时间尽量短。
  设计的时候尽量缩短晶振部分的走线,晶振走线和其他信号线之间保留尽量远的距离,并且推荐将晶振的外壳接地,这些措施都能更好的避免干扰。
  谨慎选择CX1、CX2的容值。尽量按照厂家提供的推荐值设计。在满足起震要求的前提下,CX1、CX2的取值可以尽量小,能缩短晶振起震时间。
  注意晶振是否被过驱动,过驱动会影响晶振使用寿命。如果用示波器测试发现晶振的输出被削波,波峰波谷被削平,那么就要考虑晶振是否被过驱动。可以适当调整R1限流电阻的阻值。直到输出完整的正弦波。
  来源:ittbank 周立功单片机