标签: 晶振建议

电路板上的芯片附近总有晶振的身影，芯片的规格书中也写到了晶振的连接引脚图。晶振的作用是什么？如何选择一颗合适外部晶振呢？ 1. 晶振在芯片中的作用 每一个微处理器都需要时钟源来控制处理器执行指令的速度，信号的波特率，转化模拟数字信号等。晶振可以产生CPU执行命令时需要的时钟频率信号。时钟信号的频率越高，CPU的运行速度也就越快。 2. 芯片的内部晶振 LC振荡电路: 市面上大部分芯片内部含有LC振荡电路来提供时钟源。顾名思义，L表示电感，C表示电容。石英晶体的等效电路图就是LC振荡电路. PLL锁相环电路: 晶振一旦封装到芯片内部，频率也就固定了。芯片内部有PLL电路进行频率的倍频和分频。 内部晶振的优缺点 优点：内部振荡器是和芯片完美搭建在一起的，在精度，占空比，以及温度依赖性都是合适芯片本身的。外部晶振不是必须要添加的。 缺点：内部振荡器的缺点是精度和频率稳定性。基准频率取决于振荡电路的无源元件。电容和电阻很容易受环境温度的影响。LC振荡器会有温度漂移的现象。 3. 外部晶振: 对于芯片内部有PLL电路的设计，可以借助于外部振荡器的稳定性和精度，来弥补内部振荡器的不足。 谐振器: 石英晶体谐振器又称无源晶振。一般消费级产品或者对精度要求不高的产品，推荐使用价格更低的无源晶振。谐振器需要匹配外部谐振电路才可以输出信号，自身无法振荡。 振荡器: 石英晶体振荡器又称有源晶振。高端或工业级以上的产品推荐使用更稳定的时钟振荡器。KOAN有源晶振内部有独立起振芯片，在获得高稳定性和精度的同时，也不必担心匹配电容的问题。 硅晶振: MEMS振荡器更适合高振动环境，非关键定时应用以及信号噪声比不重要的应用。像高速通信，复杂调制方案，出色的信噪比之类的应用，KOAN晶体振荡器将优于MEMS振荡器。石英材质拥有低抖动，极高的Q值，以及出色的时间和温度稳定性。 陶瓷晶振: 陶瓷谐振器，一般习惯叫陶瓷晶振，但是它是以锆钛酸铅为主要原料，将其加工成有压电效应的陶瓷材料。陶瓷谐振器的精度一般为±300ppm ~ 500ppm，应用在普通产品上，例如USB, 玩具，硬盘，驱动等对精度要求不高的产品。

参数 如果 MCU 写明需要特定负载电容的谐振器，用户仍需要精准匹配外部电容使其正常工作，否则可能会导致不起振。 KOAN 晶振产品页面列出必选的参数，下图为 KX70 谐振器页面截图： 振荡电路匹配 振荡电路是能够产生大小和方向随着周期发生变化的振荡电流。这种振荡电流电路称为振荡电路。 激励电平：调整电路中的串联电阻 Rd 的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。 负性阻抗：负性阻抗过大，增加 Rd ，使回路整体阻抗变大；负性阻抗过小，减小 Rd ，使回路整体阻抗变小。电路的负性阻抗应控制在晶片 ESR 的 3~20 倍之间。 焊接 焊接温度过高或者时间过长，晶振内部电性能指标出现异常引起的不起振。 KOAN 晶振分为手工焊接和机器焊接 ( 波峰焊和回流焊 ) 。手工焊接烙铁头温度控制在 350℃/3s 或者 260℃/5s 。 其它 工作一阵后出现停振现象可以通过交叉试验来判断晶体是否损坏。如果是个别损坏，应考虑 IC 驱动功率是否设置好；如果是批量损坏，应考虑驱动功率是否有过大的问题。 如果在电路调试阶段已经发现晶体有少量不起振的现象，可能是晶体批次质量存在问题。若晶体质量出现问题，建议交给供方做质量分析。 凯擎小妹建议 1. 预算高选择有源晶振 / 振荡器，预算低选择无源晶振 / 谐振器 ; 2. 应用性能要求：如果应用在高精度高端产品上，建议选择有源晶振 / 振荡器；如果应用对频率稳定率要求不高，如玩具等一般消费类电子，建议选择性价比高的无源晶振 / 谐振器。 3. 有源晶振 / 振荡器可为时钟振荡器， TCXO 温补晶振， VCXO 压控振荡器， OCXO 恒温晶振，可以实现更宽的温度范围和更高的稳定度。

晶振频率稳定是振荡电路设计的关键点. KOAN凯擎小妹带您了解电路设计中 需要考虑的6大因素吧~ 1.选用公差和谐振阻抗较小的晶体 在采购不同批次晶体时，要保证频率公差和谐振阻抗的一致性。当晶体放入振荡电路中，电路的损耗会降低Q值。在线Q值高，可以改善振荡电路的近端相位噪声和抖动。 KOAN凯擎小妹建议您学习晶体电性能参数知识，并看懂实测数据报告。 2.选择合适的激励功率 随着晶体的小型化发展趋势，振荡的能量需求变小。如果激励功率过大可能破坏晶体的内部机理，引起振荡频率异常、稳定度下降、频率失真等现象，更为严重的导致电极受损。 在电路设计时，KOAN小妹建议您确认所使用的激励等级绝对不超过最大激励等级。 不同封装晶体的激励等级参考值： 49U/49S/SMD: 100uW (500Max) SMD贴片MHz: 10uW(100Max) 32.768kHz: 0.1uW(0.5Max) 如果产品设计有缺陷，造成激励功率不匹配，容易导致振荡频率可变范围变窄，电流异常增大，最后稳定性变差。 如果需要减小驱动功率，可采取以下措施： 增大限流电阻→反相放大器的输出幅度将会减小→减弱驱动功率 应保证振荡宽度超过RR的5倍 减小外部负载电容→振荡电路阻抗将会增加→实际驱动功率随之减小 负载电容减小，导致振荡频率增加。如果超出使用范围，可采购低负载晶体配合调整。 3.合适的匹配电容（满足相位条件） 晶体两端匹配电容愈接近晶体负载容量CL，目标频率愈精准。增加匹配电容，负载增大，频率下降，振荡宽度和振荡幅度会减小， 凯擎小妹建议您选择合适的负载电容. 4.振荡宽限（满足振幅条件） 石英晶体振荡器的振幅条件是振荡起动及能正常持续振荡的条件，回路上的负性电阻绝对值│-R│。 负性电阻|- R| = Rtest+ Re Rtest=与晶振串联连接纯电阻 Re=振荡时的有效电阻=R1(1+C0/CL)^2 建议振荡宽限为晶振等效串联电阻RR的5倍之上：│-R│≥ 5RR；电路进入正常振荡状态时│-R│变小：达到RR=│-R│。 5.选用合适的振荡IC 振荡IC制造商的不同，导致带来电路常数和电路配置的不同，从而对晶体的振荡产生影响。 振荡电路的工作频率如果不在晶体谐振器标称频率范围内，称为“不规则振荡”，我们可以调整阻尼电阻和外部电容来避免不规则振荡。 6.其它因素：电路，环境 KOAN晶振会根据客户端电子产品的特殊电路基础和环境需求，为您精选晶体，提高振荡电路的稳定性。