晶振頻率公差算法和負(fù)載匹配電路知識大綜合
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：jinluodz 2013年08月18
很多工廠由于需要新機(jī)開發(fā)，需要用到晶振，但又不知道具體的尺寸大小頻率等一些重要的參數(shù)，便讓工程師四處尋找適合參數(shù)的晶振。今天接到一個(gè)來自于上海工程師的電話，他們工廠是做時(shí)鐘用的，需要用到一款有源晶振，但具體的參數(shù)并不知道。大多數(shù)對晶振有些許瞭解的人，都知道晶振的種類繁多，就算一款同樣的頻點(diǎn)，也存在著不同的體積。此工程師通過我們的分析后，在頻率公差這一問題上犯難了。其實(shí)不然，其實(shí)頻率公差就是精度值，精度值由ppm表示。舉個(gè)例子：如若晶振的精度范圍是5PPM，那么我們可以計(jì)算出一天的時(shí)間誤差是多少5(ppm)×24(一天24小時(shí)）×60（一小時(shí)60分鐘）×60（一分鐘60秒）=432000*1/1000000=0.423S即每日的誤差不超過0.423秒，以此類推,精度值越大,時(shí)間誤差越大。
行者都知曉晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以以得到標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p、20pf或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
晶振廠家金洛電子生產(chǎn)的晶振，均有自帶負(fù)載電容功能，在線路上實(shí)用的時(shí)候還需要要外接電容，這樣會(huì)使晶振的精度更精確。現(xiàn)在也有很多IC在使用晶振的時(shí)候外部不需要電容，但是這種產(chǎn)品一般要求都不是很嚴(yán)格，但是使用商家到是很喜歡。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。
晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號質(zhì)量也較無源晶振要好。
每種芯片的手冊上都會(huì)提供外部晶振輸入的標(biāo)準(zhǔn)電路，會(huì)表明芯片的最高可使用頻率等參數(shù)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要掌握。與計(jì)算機(jī)用CPU不同，單片機(jī)現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對較低，但對于一般控制電路來說足夠了。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。然而無源晶振分為陶瓷晶振和石英晶振，無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確。有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。
諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，LC諧振器等。晶振與諧振振蕩器有其共同的交集有源晶體諧振振蕩器。石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。一般來說，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。
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)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC來共同作用來工作的。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電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)為：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，也是各商家競爭的一個(gè)重要參數(shù)。
行者都知曉晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以以得到標(biāo)稱的諧振頻率。一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。一般的晶振的負(fù)載電容為15p、20pf或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。
晶振廠家金洛電子生產(chǎn)的晶振，均有自帶負(fù)載電容功能，在線路上實(shí)用的時(shí)候還需要要外接電容，這樣會(huì)使晶振的精度更精確。現(xiàn)在也有很多IC在使用晶振的時(shí)候外部不需要電容，但是這種產(chǎn)品一般要求都不是很嚴(yán)格，但是使用商家到是很喜歡。在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏谶@個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。
晶振是為電路提供頻率基準(zhǔn)的元器件，通常分成有源晶振和無源晶振兩個(gè)大類，無源晶振需要芯片內(nèi)部有振蕩器，并且晶振的信號電壓根據(jù)起振電路而定，允許不同的電壓，但無源晶振通常信號質(zhì)量和精度較差，需要精確匹配外圍電路（電感、電容、電阻等），如需更換晶振時(shí)要同時(shí)更換外圍的電路。有源晶振不需要芯片的內(nèi)部振蕩器，可以提供高精度的頻率基準(zhǔn)，信號質(zhì)量也較無源晶振要好。
每種芯片的手冊上都會(huì)提供外部晶振輸入的標(biāo)準(zhǔn)電路，會(huì)表明芯片的最高可使用頻率等參數(shù)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)要掌握。與計(jì)算機(jī)用CPU不同，單片機(jī)現(xiàn)在所能接收的晶振頻率相對較低，但對于一般控制電路來說足夠了。晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。然而無源晶振分為陶瓷晶振和石英晶振，無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確。有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。
諧振振蕩器包括石英（或其晶體材料）晶體諧振器，陶瓷諧振器，LC諧振器等。晶振與諧振振蕩器有其共同的交集有源晶體諧振振蕩器。石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應(yīng)，從物理學(xué)中知道，若在晶片的兩個(gè)極板間加一電場，會(huì)使晶體產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在極板間施加機(jī)械力，又會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電場，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場。一般來說，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)外加交變電壓的頻率與晶片的固有頻率（決定于晶片的尺寸）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器，其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。
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)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC來共同作用來工作的。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電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)為：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，也是各商家競爭的一個(gè)重要參數(shù)。
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