晶振為什么要加電容

晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給他通電，他就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給他機(jī)械力，他又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。

晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)，英文名為Crystal，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問(wèn)題。由于制造工藝不斷提高，現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標(biāo)都很好，已不容易出現(xiàn)故障，但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的質(zhì)量。

晶振在應(yīng)用具體起到的作用，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。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)。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(chēng)輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。需認(rèn)真對(duì)待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。在使用時(shí)，陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進(jìn)行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對(duì)放大器的選擇并不敏感，但在過(guò)驅(qū)動(dòng)時(shí)很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞)。

影響振蕩器工作的環(huán)境因素有：電磁干擾(EMI)、機(jī)械震動(dòng)與沖擊、濕度和溫度。這些因素會(huì)增大輸出頻率的變化，增加不穩(wěn)定性，并且在有些情況下，還會(huì)造成振蕩器停振。上述大部分問(wèn)題都可以通過(guò)使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運(yùn)行。最常用的兩種類(lèi)型是晶振模塊和集成RC振蕩器(硅振蕩器)。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取?/p>

選擇振蕩器時(shí)還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比，可以表示為功率耗散電容值。比如，HC04反相器門(mén)電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時(shí)，相當(dāng)于1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負(fù)載電容，整個(gè)電源電流為2.2mA。陶瓷諧振槽路一般具有較大的負(fù)載電容，相應(yīng)地也需要更多的電流。相比之下，晶振模塊一般需要電源電流為10mA ~60mA。硅振蕩器的電源電流取決于其類(lèi)型與功能，范圍可以從低頻(固定)器件的幾個(gè)微安到可編程器件的幾個(gè)毫安。一種低功率的硅振蕩器，如MAX7375，工作在4MHz時(shí)只需不到2mA的電流。在特定的應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)化時(shí)鐘源需要綜合考慮以下一些因素：精度、成本、功耗以及環(huán)境需求。

晶體振蕩器應(yīng)用

1、通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產(chǎn)生振蕩頻率。

2、時(shí)鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，廣泛用于數(shù)字電路中。

3、微處理器用石英晶體諧振器。

4、CTVVTR用石英晶體諧振器。

5、鐘表用石英晶體振蕩器。

1、為了要滿足諧振的條件。 具體講就是：晶體元件的負(fù)載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。是指晶振要正常震蕩所需要的電容。一般外接電容，是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容。不是所有晶體振蕩電路都需要匹配電容。是否需要由振蕩電路的形式?jīng)Q定，分析時(shí)需采用晶體的等效模型。

2、接地：晶體旁邊的兩個(gè)電容接地， 實(shí)際上就是電容三點(diǎn)式電路的分壓電容， 接地點(diǎn)就是分壓點(diǎn)。 以接地點(diǎn)即分壓點(diǎn)為參考點(diǎn)， 振蕩引腳的輸入和輸出是反相的， 但從并聯(lián)諧振回路即石英晶體兩端來(lái)看， 形成一個(gè)正反饋以保證電路持續(xù)振蕩當(dāng)然，你也可以這樣理解：

晶振的標(biāo)稱(chēng)值在測(cè)試時(shí)有一個(gè)“負(fù)載電容”的條件，在工作時(shí)滿足這個(gè)條件，振蕩頻率才與標(biāo)稱(chēng)值一致，也就是說(shuō)，只有連接合適的電容才能滿足晶振的起振要求，晶振才能正常工作。

這要根據(jù)晶振的規(guī)格和電路中的因素來(lái)確定，同是16MHZ的晶體諧振器，其負(fù)載電容值有可能不一樣，如10PF，20PF負(fù)載電容值是在其生產(chǎn)加工過(guò)程中確定的，無(wú)法進(jìn)行改變。購(gòu)買(mǎi)晶振時(shí)應(yīng)該能得到準(zhǔn)確的規(guī)格書(shū)。

晶振在電路中使用時(shí)，應(yīng)滿足CL=C+CS.

CL為規(guī)格書(shū)中晶振的負(fù)載電容值，C為電路中外接的電容值(一般由兩顆電容通過(guò)串并聯(lián)關(guān)系得到)，CS為電路的分布電容，這和電路的設(shè)計(jì)，元器件分布等因素有關(guān)，值不確定，一般為3到5PF。

所以根據(jù)以上公式就可以大概推算出應(yīng)該使用的電容值，而且這一電容值可以使晶振工作在其標(biāo)稱(chēng)頻率附近。

如：我用的430的單片機(jī)，8M晶振，配的是12pF的電容，其實(shí)容量的大小沒(méi)必要多準(zhǔn)確，幾皮法到十幾皮法都可以的。

在日常的電路設(shè)計(jì)中，我們經(jīng)常用到晶振，而在晶振的兩端我們經(jīng)?？吹接须娙莺碗娮璧纳碛?，比如下方兩個(gè)圖。那么這樣的電容和電阻究竟有何作用呢?它們的數(shù)值又是如何選取的呢?大家可以結(jié)合理論和實(shí)際項(xiàng)目給到自己的看法。