詳談具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的晶振

【crystal晶振作用】

 給單片機(jī)正常工作提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)。原理：在石英晶振的兩個(gè)極板上加一個(gè)電場(chǎng)，晶片會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，對(duì)極板施加機(jī)械力使其變形，又會(huì)在極板上產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，這叫壓電效應(yīng)。如果在兩個(gè)極板上加上交變的電壓，晶片便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形震蕩，同時(shí)這種機(jī)械震蕩還會(huì)產(chǎn)生交變的電場(chǎng)（比較的微小），但是當(dāng)外加交變的電壓的頻率與晶片固有的頻率（由其形狀和尺寸決定）相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度會(huì)加劇，產(chǎn)生交變電場(chǎng)也增大。叫做壓電諧波。即使去掉晶振，電路照樣的能振蕩，并且如果把那兩個(gè)電容改成可調(diào)電容的話也能得到想要的某個(gè)頻率，那還要晶振干什么晶振、陶瓷諧振器路、RC振蕩器以及硅振蕩器是適用于微控制器的四種時(shí)鐘源。針對(duì)具體應(yīng)用優(yōu)化時(shí)鐘源設(shè)計(jì)依賴于以下因素：成本、精度和環(huán)境參數(shù)。RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化；但相對(duì)RC振蕩器而言，基于晶振與陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。

【crystal晶振基本參數(shù)簡(jiǎn)介】

1.CL: 指與晶體元件一起決定負(fù)載諧振頻率（FL）的有效外接電容，CL是一個(gè)測(cè)試條件也是一個(gè)使用條件，這個(gè)值可在用戶具體使用時(shí)根據(jù)情況作適當(dāng)調(diào)整，來(lái)微調(diào)FL的實(shí)際工作頻率（也即晶體的制造公差可調(diào)整）。但它有一個(gè)合適值，否則會(huì)給振蕩電路帶來(lái)惡化，其值通常采用6pF、10pF、15pF 、20pF、30pF、∝等，其中當(dāng)CL標(biāo)為∝時(shí)表示其應(yīng)用在串聯(lián)諧振型電路中，不要再加負(fù)載電容，并且工作頻率就是晶體的（串聯(lián)）諧振頻率Fr。用戶應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于某些晶體（包括不封裝的振子應(yīng)用），在某一生產(chǎn)規(guī)范既定的負(fù)載電容下（特別是小負(fù)載電容時(shí)），±0.5pF的電路實(shí)際電容的偏差就能產(chǎn)生±10×10-6的頻率誤差。因此，負(fù)載電容是一個(gè)非常重要的訂貨規(guī)范指標(biāo)。

2. F0：指晶體元件規(guī)范中所指定的頻率，也即用戶在電路設(shè)計(jì)和元件選購(gòu)時(shí)所希望的理想工作頻率；Fr：指在規(guī)定條件下，晶體元件電氣阻抗為電阻性的兩個(gè)頻率中較低的一個(gè)頻率；FL：指在規(guī)定條件下，晶體元件與一負(fù)載電容串聯(lián)或并聯(lián)，其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時(shí)兩個(gè)頻率中的一個(gè)頻率。

3. Rr：指晶體元件在諧振頻率處的等效電阻
 

【如何判斷晶振是否起振】

晶振廠家教您幾招:  
1.    示波器檢測(cè)。這個(gè)會(huì)用示波器的就應(yīng)該都知道了…….就不詳說(shuō)了。（之前也有碰到說(shuō)示波器檢測(cè)不真，但單體晶振測(cè)試就起振的。這樣的情況是可能晶振電阻比較大，或者是晶振負(fù)載與兩端的電容值不匹配。）

2.    萬(wàn)用表檢測(cè)?？梢允褂萌f(wàn)用表檢測(cè)貼片晶振或石英晶振兩端的電壓是否是芯片工作電壓的一半。如果是一半那就表示起振了。另外用鑷子碰晶振的另一只腳，電壓有明顯變化也表示晶振是起振的。
 

【晶振電路中兩端的電阻電容的作用】

　
并聯(lián)電阻的四大作用：
1、配合IC內(nèi)部電路組成負(fù)反饋、移相，使放大器工作在線性區(qū)；
2、限流防止諧振器被過(guò)驅(qū)；
3、并聯(lián)降低諧振阻抗，使諧振器易啟動(dòng)；
4、電阻取值影響波形的脈寬。
兩端電容的作用：
這個(gè)是晶體的匹配電容，只有在外部所接電容為匹配電容的情況下，
振蕩頻率才能保證在標(biāo)稱頻率附近的誤差范圍內(nèi)。最好按照所提供的數(shù)據(jù)來(lái)，
如果沒(méi)有，一般是30pF左右。太小了不容易起振。在某些情況下，
也可以通過(guò)調(diào)整這兩個(gè)電容的大小來(lái)微調(diào)振蕩頻率，當(dāng)然可調(diào)范圍一般在10ppm量級(jí)。
 

常見(jiàn)晶振異常】 

1.晶振時(shí)振時(shí)不振------a:晶振負(fù)載與兩端電容不匹配造成頻率偏差太大；b:晶振本身有問(wèn)題，寄生&阻抗值波動(dòng)大&內(nèi)部焊點(diǎn)不牢等。
2.晶振裝板上不行，用電熱風(fēng)催一下或者拆下來(lái)重新裝上去又可以了------主要是晶振負(fù)載與兩端電容不匹配造成頻率偏差太大。電熱風(fēng)催實(shí)際是相當(dāng)于改變了線路的雜散電容。
3.晶振負(fù)載與晶振兩端的電容的匹配-------CL=(C1*C2)/(C1+C2)+C” 
其中CL:晶振的負(fù)載電容值； C1 C2：晶振兩端的電容值；C”：線路雜散電容
晶振的匹配電容的主要作用是匹配晶振和振蕩電路，使電路易于啟振并處于合理的激勵(lì)態(tài)下，對(duì)頻率也有一定的“微調(diào)”作用。對(duì)MCU，正確選擇晶振的匹配電容，關(guān)鍵是微調(diào)晶體的激勵(lì)狀態(tài)，避免過(guò)激勵(lì)或欠激勵(lì)，前者使晶體容易老化影響使用壽命并導(dǎo)致振蕩電路EMC特性變劣，而后者則不易啟振，工作亦不穩(wěn)定，所以正確地選擇晶體匹配電容是很重要的
4.32768HZ晶振出現(xiàn)時(shí)間偏差：時(shí)間存在偏差主要是頻率有偏差，1PPM的頻率偏差換算成天時(shí)間誤差就是0.0864S。那么如果需要時(shí)間誤差要做到準(zhǔn)確就最好晶振兩端的電容要按正常配比焊接，同時(shí)要晶振供應(yīng)商幫忙通過(guò)QWA檢測(cè)找最好的0誤差PPM值，按0誤差的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指定供貨的頻率范圍。
5,32768HZ晶振的的焊接：1）.碰到有將32768HZ晶振的外殼焊在板上來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)屏蔽防干擾。這樣的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致因焊接時(shí)間太長(zhǎng)將晶振內(nèi)部的焊點(diǎn)融化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶片傾斜碰殼而短路。最好的方法是PCB板上設(shè)有兩個(gè)針孔使用銅線捆綁晶振?；蛘呤褂孟鹉z粘結(jié)劑進(jìn)行。2).時(shí)鐘晶體彎腳時(shí)隨意彎曲。最佳的彎曲是用手指捏住圓柱晶體的外殼;用鑷子夾住離晶體基座底部3mm以上的引線處，用鑷子夾住彎曲引線成90°，不要用力拉引線。用力拉引線可能造成引線根部的玻璃子破裂，而產(chǎn)生漏氣導(dǎo)致電氣性能損壞。如果漏氣了晶振也就基本上是不能用了。
6.因?yàn)楹附訒r(shí)有阻焊劑等臟污就選擇使用超聲波清洗PCBA板：經(jīng)超聲波清洗或超聲波焊接會(huì)影響和損壞石英晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至晶片破損。
7.晶振起振時(shí)間長(zhǎng)，開(kāi)機(jī)不振關(guān)機(jī)再開(kāi)機(jī)就起振，耗電量大成品電池不耐用：這主要是晶振的電阻太大造成的，低電壓下晶振就無(wú)法起振了。