晶振

晶振的寫(xiě)法

晶振介紹

晶振：即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時(shí)鐘振蕩器的統(tǒng)稱(chēng)。不過(guò)由于在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品中，諧振器用的更多，所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了。后者就是通常所指鐘振。

分類(lèi)

晶體振蕩器也分為無(wú)源晶振和有源晶振兩種類(lèi)型。無(wú)源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱(chēng)不同，無(wú)源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無(wú)源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法振蕩起來(lái)，所以“無(wú)源晶振”這個(gè)說(shuō)法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來(lái)起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來(lái)工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來(lái)維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻（RR），諧振器沒(méi)有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。

參數(shù)

測(cè)量

晶振好壞的測(cè)量，時(shí)常讓初學(xué)者撓頭。晶振的個(gè)頭比較小，但是在主板上起的作用不小，因此晶振的檢測(cè)是主板維修非常重要的環(huán)節(jié)。如何判斷檢測(cè)晶振的好壞呢？港中興電子將簡(jiǎn)單的介紹下檢測(cè)晶振好壞的方法與技巧：

1.用萬(wàn)用表(R×10k擋)測(cè)晶振兩端的電阻值，若為無(wú)窮大，說(shuō)明晶振無(wú)短路或漏電；再將試電筆插入市電插孔內(nèi)，用手指捏住晶振的任一引腳，將另一引腳碰觸試電筆頂端的金屬部分，若試電筆氖泡發(fā)紅，說(shuō)明晶振是好的；若氖泡不亮，則說(shuō)明晶振損壞。

2.用數(shù)字電容表（或數(shù)字萬(wàn)用表的電容檔）測(cè)量其電容，一般損壞的晶振容量明顯減小（不同的晶振其正常容量具有一定的范圍，可測(cè)量好的得到，一般在幾十到幾百PF

3.貼近耳朵輕搖，有聲音就一定是壞的（內(nèi)部的晶體已經(jīng)碎了，還能用的話頻率也變了）

4.測(cè)試輸出腳電壓。一般正常情況下，大約是電源電壓的一半。因?yàn)檩敵龅氖钦也ǎǚ宸逯到咏措妷海?，用萬(wàn)用表測(cè)試時(shí)，就差不多是一半啦。

5.用代換法或示波器測(cè)量。

晶體與晶振的檢測(cè)方法與技巧

如何用萬(wàn)用表測(cè)量晶振是否起振?

可以用萬(wàn)用表測(cè)量晶振兩個(gè)引腳電壓是否是芯片工作電壓的一半，比如工作電壓是5V則測(cè)出的是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個(gè)腳，這個(gè)電壓有明顯變化，證明是起振了的.

小竅門(mén)：就是弄一節(jié)1.5V的電池接在晶振的兩端把晶振放到耳邊仔細(xì)的聽(tīng)，當(dāng)聽(tīng)到噠噠的聲音那就說(shuō)明它起振了，就是好的嘛！

晶體檢測(cè)方法

1.電阻法

把萬(wàn)用表?yè)茉赗×10K擋，測(cè)量石英晶體兩引腳間的電阻值應(yīng)為無(wú)窮大。如果測(cè)量出的電阻值不是無(wú)窮大甚至接近于零，則說(shuō)明被測(cè)晶體漏電或擊穿。

這種辦法只能測(cè)晶體是否漏電，如果晶體內(nèi)部出現(xiàn)斷路，電阻法就無(wú)能為力了，此時(shí)必須采用下面介紹的方法

2.自制測(cè)試器

按圖所示電路，焊接一個(gè)簡(jiǎn)易石英晶體測(cè)試器，就可以準(zhǔn)確地測(cè)試出晶體的好壞。圖中XS1、XS2兩個(gè)測(cè)試插口可用小七腳或小九腳電子管管座中拆下來(lái)的插口。LED發(fā)光管選擇高亮度的較好。

檢測(cè)石英晶體時(shí)，把石英晶體的兩個(gè)管腳插入到XS1和XS2兩個(gè)插口中，按下開(kāi)關(guān)SB，如果石英晶體是好的則由三極管VT1、C1、C2等元器件構(gòu)成的震蕩電路產(chǎn)生震蕩，震蕩信號(hào)經(jīng)C3耦合至VD2檢波，檢波后的直流信號(hào)電壓使VT2導(dǎo)通，于是接在VT2集電極回路中的LED發(fā)光，指示被測(cè)石英晶體是好的，如果LED不亮，則說(shuō)明被測(cè)石英晶體是壞的.本測(cè)試器測(cè)試石英晶體的頻率很寬，但工作頻率為幾百千赫至幾十兆赫。

原理

每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。

晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器（VCO）。

晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。

下面我就具體的介紹一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如圖1a的電容三端式(考畢茲)交流等效振蕩電路；實(shí)際的晶振交流等效電路如圖1b，其中Cv是用來(lái)調(diào)節(jié)振蕩頻率，一般用變?nèi)荻O管加上不同的反偏電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是壓控作用的機(jī)理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖1c。其中Co，C1，L1，RR是晶體的等效電路。

分析整個(gè)振蕩槽路可知，利用Cv來(lái)改變頻率是有限的：決定振蕩頻率的整個(gè)槽路電容C=Cbe,Cce,Cv三個(gè)電容串聯(lián)后和Co并聯(lián)再和C1串聯(lián)?？梢钥闯觯篊1越小，Co越大，Cv變化時(shí)對(duì)整個(gè)槽路電容的作用就越小。因而能“壓控”的頻率范圍也越小。實(shí)際上，由于C1很小(1E-15量級(jí))，Co不能忽略(1E-12量級(jí)，幾PF)。所以，Cv變大時(shí)，降低槽路頻率的作用越來(lái)越小，Cv變小時(shí)，升高槽路頻率的作用卻越來(lái)越大。這一方面引起壓控特性的非線性，壓控范圍越大，非線性就越厲害；另一方面，分給振蕩的反饋電壓(Cbe上的電壓)卻越來(lái)越小，導(dǎo)致停振。通過(guò)晶振的原理圖你應(yīng)該大致了解了晶振的作用以及工作過(guò)程了吧。采用泛音次數(shù)越高的晶振，其等效電容C1就越小；因此頻率的變化范圍也就越小。

微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類(lèi)：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路；RC（電阻、電容）振蕩器。一種是皮爾斯振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。另一種為簡(jiǎn)單的分立RC振蕩器。

用萬(wàn)用表測(cè)量晶體振蕩器是否工作的方法：測(cè)量?jī)蓚€(gè)引腳電壓是否是芯片工作電壓的一半，比如工作電壓是51單片機(jī)的+5V則是否是2.5V左右。另外如果用鑷子碰晶體另外一個(gè)腳，這個(gè)電壓有明顯變化，證明是起振了的。

晶振的類(lèi)型有SMD和DIP型，即貼片和插腳型。

先說(shuō)DIP：常用尺寸有HC-49U/T，HC-49S，UM-1，UM-5，這些都是MHZ單位的。

再說(shuō)SMD：有0705，0603，0503，0302，這里面又分四個(gè)焊點(diǎn)和二個(gè)焊點(diǎn)的，對(duì)我們公司來(lái)說(shuō)默認(rèn)的是四個(gè)焊點(diǎn)的，兩個(gè)焊點(diǎn)的材料要求進(jìn)口，周期長(zhǎng)，一般說(shuō)兩個(gè)焊點(diǎn)的做不了。

發(fā)展趨勢(shì)

1、小型化、薄片化和片式化：為滿(mǎn)足移動(dòng)電話為代表的便攜式產(chǎn)品輕、薄、短小的要求，石英晶體振蕩器的封裝由傳統(tǒng)的裸金屬外殼覆塑料金屬向陶瓷封裝轉(zhuǎn)變。例如TCXO這類(lèi)器件的體積縮小了30～100倍。采用SMD封裝的TCXO厚度不足2mm，目前5×3mm尺寸的器件已經(jīng)上市。

2、高精度與高穩(wěn)定度，無(wú)補(bǔ)償式晶體振蕩器總精度也能達(dá)到±25ppm，VCXO的頻率穩(wěn)定度在10～7℃范圍內(nèi)一般可達(dá)±20～100ppm，而OCXO在同一溫度范圍內(nèi)頻率穩(wěn)定度一般為±0.0001～5ppm，VCXO控制在±25ppm以下。

3、低噪聲，高頻化，在GPS通信系統(tǒng)中是不允許頻率顫抖的，相位噪聲是表征振蕩器頻率顫抖的一個(gè)重要參數(shù)。OCXO主流產(chǎn)品的相位噪聲性能有很大改善。除VCXO外，其它類(lèi)型的晶體振蕩器輸出頻率不超過(guò)200MHz。例如用于GSM等移動(dòng)電話的UCV4系列壓控振蕩器，其頻率為650～1700MHz，電源電壓2.2～3.3V，工作電流8～10mA。

4、低功能，快速啟動(dòng)，低電壓工作，低電平驅(qū)動(dòng)和低電流消耗已成為一個(gè)趨勢(shì)。電源電壓一般為3.3V。許多TCXO和VCXO產(chǎn)品，電流損耗不超過(guò)2mA。石英晶體振蕩器的快速啟動(dòng)技術(shù)也取得突破性進(jìn)展。例如日本精工生產(chǎn)的VG—2320SC型VCXO，在±0.1ppm規(guī)定值范圍條件下，頻率穩(wěn)定時(shí)間小于4ms。日本東京陶瓷公司生產(chǎn)的SMDTCXO，在振蕩啟動(dòng)4ms后則可達(dá)到額定值的90[%]。OAK公司的10～25MHz的OCXO產(chǎn)品，在預(yù)熱5分鐘后，則能達(dá)到±0.01ppm的穩(wěn)定度。

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