标签: 晶振选择

单片机可以正常运行的一个因素就是 晶振的稳定性 。在工作过程中，晶振可能会受到电磁干扰的影响，导致单片机发生故障，甚至出现死机的情况。今天，凯擎小妹将与大家探讨晶振在电磁干扰下对单片机的影响。 单片机 单片机是一种集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM和ROM）以及输入输出接口（I/O）的微型计算机。它们被广泛应用于从家用电器到工业自动化系统的各个领域。 单片机主要功能： 控制功能；数据处理；通信接口；实时操作。 晶振与电磁干扰 晶振利用压电效应产生稳定的时钟信号，为单片机提供必要的时序基准。电磁干扰是指外部电磁场对电子设备的正常工作产生的干扰。直接影响单片机的时序精度，导致其无法正常执行指令。 晶振受到电磁干扰： 频率漂移；相位噪声增加；信号失真... 单片机死机的原因 当晶振受到电磁干扰导致时钟信号不稳定时，单片机可能会出现以下问题： 程序计数器错误 → 程序执行异常 数据传输错误 → 影响外设通信和数据处理 看门狗定时器失效 → 系统无法自动复位 系统死机 → 无法继续执行任务 如何选择合适的晶振 为了防止电磁干扰对晶振的影响，以下是选择合适晶振的建议： 频率稳定性：选择具有高频率稳定性的晶振，以确保在各种环境条件下都能提供稳定的时钟信号。对于高精度应用，通常要求在±10ppm或更低。 抗干扰能力：选择具有良好抗干扰能力的晶振。扩频晶振通过扩频技术提供更好的抗干扰能力，适用于对电磁干扰敏感的应用场景。 封装类型：直插封装适合需要较强物理连接的应用，而贴片封装适合高密度和小型化设计。选择适合应用环境的封装类型可以提高晶振的稳定性和可靠性。 温度范围：确保晶振能够在设备的工作温度范围内正常工作，避免因温度变化导致的频率漂移。工业应用通常需要宽温度范围的晶振-40°C至+85°C或更宽。

激光雷达系统需要用精确的时间测量来计算距离和生成高分辨率的3D图像。晶振在激光雷达系统中起着关键作用，主要用于提供稳定的时钟信号和高精度的时间基准。 图片来源：Wingtra 晶振的作用 1. 时间基准: 激光雷达通过发射激光脉冲并测量其返回时间来计算物体的距离。因此需要一个非常精确的时间基准。晶振提供的稳定时钟信号确保时间测量的准确性，从而保证距离计算的精度。 2. 数据采集与处理: 激光雷达系统在接收到反射信号后，需要快速进行数据采集和处理。晶振提供的时钟信号用于同步数据采集和处理单元，确保系统能够高效且准确地工作。 3. 系统同步: 在多激光雷达传感器的系统中，各个传感器之间需要同步工作。KOAN晶振提供的统一时钟信号使不同传感器的数据可以有效地整合在一起，避免数据错位或不一致的问题。 4. 调制与解调: 一些激光雷达系统采用频率调制连续波（FMCW）技术来提高测量精度和抗干扰能力。晶振在这种系统中用于生成和控制调制信号的频率，确保调制和解调过程的准确性和稳定性。 晶振的选择 1. 频率稳定性: 激光雷达系统要求时钟信号具有极高的频率稳定性，以确保时间测量的准确性。通常选择温补晶振TCXO或压控晶振VCXO等高稳定性晶振 2. 相位噪声和抖动: 低相位噪声和低抖动的晶振有助于提高激光雷达系统的测量精度和信号处理能力。可选择KOAN的低抖动晶振KJ系列。 3. 工作温度范围: 激光雷达系统可能在各种环境条件下工作，因此晶振需要在宽温度范围内保持稳定的性能。 4. 尺寸和功耗: 在移动或无人驾驶汽车应用中，晶振的尺寸和功耗也是重要的考虑因素。小型化和低功耗的晶振可以帮助降低系统的整体能耗和体积。

石英晶体在设备中用作时间或者频率的基准源。石英晶体谐振器可以当做一个机械振动系统。机械振动系统和电路是“等效”的。 静电容C0指的是晶体两引脚之间的电容，是以水晶为介质，由两个金属电极形成的电容。与晶片电极面积(或晶体体积）大小和频率大小正比。静电容C0太高会产生较大的副波，影响频率稳定性。 以KOAN晶振KX70为例：8.000MHz的无源晶振C0在产品规格书中定义为4pF最大，在我们的实际测数据中，C0值控制在2pF上下，因此晶振的输出稳定性得到保障。 如果负载电容CL很大，静态电容C0的改变对频率变化的影响很小，频率更加稳定。所以负载高，远端相位噪声好；若数过大，则很难调整到标称频率，晶振不容易起振。相反，如果负载电容CL很小，静电容C0的微小变化会造成频率的明显变化。近端 相位噪声 好，容易调整频率，晶振容易起振。

电于元器件改变人类的生活需要以下三个阶段：电子元器件的设计生产、实现某种实际的功能、不同功能模块组成一个系统。 器件级 无源器件在工作时，不需要单独提供外部电源来工作，只需要有电流通过即可工作。有源器件在工作时，需要依赖于额定的工作电源来控制或调节信号。在晶振领域，无源晶振(谐振器)为无源元件；有源晶振(振荡器)为有源元件。 电路板级 电子产品包含大量集成电路，以及单个的晶体管、电阻、电容等分立元器件。晶振是通信系统中一个极其重要的元件，能够产生高纯度无谐波失真的正弦波，作为载波。晶振起振条件是指晶振开始振荡的最小电路条件， 谐振回路 通常需要满足以下三个条件： 共振频率与晶振的额定频率匹配； 品质因数Q值要足够高； 反馈增益大于 1。 在设计振荡器电路时，需要注意以下6点：谐振电路，负载电容，激励电平，振荡模式，走线设计，负阻抗。 系统级 现代电子通信已经应用于人们的日常生活中，例如移动无线网络，射频识别技术(RFID)，蜂窝技术，软件无线电技术等应用。无线模拟通信系统通过发射机，信道，接收机组成。

热敏晶振 热敏晶振是带有温度传感功能的石英晶振。普通 贴片晶振 的基础上增加了一颗热敏电阻和变容二极管，利用变容二极管的容变功能并结合热敏的传感功能而形成。 这种方法成本低，电路简单，适合在常用消费类电子产品中使用。热敏晶振的精度为±10ppm，不能代替温补晶振。 温补晶振 温补晶振在温度频率稳定度方面有更大的优势。TCXO主要利用附件的温度补偿电路减少环境温度对振荡频率的影响。其精度偏差比热敏晶振更小，为±0.5ppm。 数字补偿的温补晶振利用补偿电路的温度和电压变化，再加A/D变换器，将模拟量转换为数字量，从而实现自动温度补偿。这种方法成本高，电路复杂，适用于高精度的应用。 手机导航应用中的对比：热敏vs温补 较低端且无GPS接收功能的手机一般采用热敏晶振。在导航过程中要完全依赖于移动终端的数据流量来导航，导航精度偏差高达100~500米。 相比较，中高端自带GPS信号接收功能的手机，配合使用温补晶振，导航精度可达到±5米。 KOAN温补晶振的选择 温补晶振TCXO的波形输出包括CMOS, LVDS, HCSL,削峰正弦波。更多：《 单端输出和差分输出波形 》 在-40~+85℃的工作范围中，TCXO的温度频差可以达到±1.0ppm。更多 ：《 晶振频差不一样，可以替换吗？ 》 KT3225为32.768KHz低功耗特性，工作电流可达到：0.79μA @1.8V； 1.05μA @2.5V；1.25μA @3.0V；1.37μA @3.3V；2.05μA @5V。 往期精彩 温补晶振 采购时需要考虑的参数为: 频率，电压，是否需要电压调整，以及温度频差和温度范围，更多：《 温补晶振规格书参数解读 》； 削峰正弦波输出的TCXO具有低功耗，更好的老化率和频率稳定性，以及相位噪声优于CMOS输出，更多：《 削峰正弦波温补晶振 》； 电压变化调整初始精度称为压控温补晶振，更多：《 压控温补晶振KVT系列 》。