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晶振,全稱是石英晶體振蕩器,是一種高精度和高穩定度的振蕩器。通過一定的外接電路來,可以生成頻率和峰值穩定的正弦波。
而單片機在運行的時候,需要一個脈沖信號,做為自己執行指令的觸發信號,可以簡單的想象為:單片機收到一個脈沖,就執行一次或多次指令。
在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯再串聯一個電容的二端網絡,電工學上這個網絡有兩個諧振點,以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯諧振,較高的頻率是并聯諧振。
由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當的接近,在這個極窄的頻率范圍內,晶振等效為一個電感,所以只要晶振的兩端并聯上合適的電容它就會組成并聯諧振電路。
這個并聯諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構成正弦波振蕩電路,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變化很大,這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。
晶振起振原理
石英晶片所以能做振蕩電路(諧振)是基于它的壓電效應,從物理學中知道,若在晶片的兩個極板間加一電場,會使晶體產生機械變形;反之,若在極板間施加機械力,又會在相應的方向上產生電場,這種現象稱為壓電效應。
如在極板間所加的是交變電壓,就會產生機械變形振動,同時機械變形振動又會產生交變電場。一般來說,這種機械振動的振幅是比較小的,其振動頻率則是很穩定的。
但當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,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為壓電諧振,因此石英晶體又稱為石英晶體諧振器。其特點是頻率穩定度很高。
晶振的作用
晶振也是控制CPU的時鐘頻率的,也就是產生高低電平的周期(產生一個高電平,和一個低電平為一個周期,)一般說來次頻率越高,電腦在單位時間里處理的速度越快晶振本身并不產生振蕩,但它會以一個固定的頻率與外電路發生諧振,前提是外電路的振蕩頻率必須與晶振的固有振蕩頻率相一致,起碼也要非常接近,否則電路將停振。關于測試,一般業余情況下用萬用表測有電阻(指表針動)則已損壞(振蕩頻率很低的表針也會略擺,但馬上歸零),表針不動(電阻無窮大),有可能好,有可能引線開路。
差分晶振和壓控晶振
1、差分晶振
差分晶體振蕩器(DXO)是目前行業中公認高技術,高要求的一款晶體振蕩器,是指輸出差分信號使用2種相位彼此完全相反的信號,從而消除了共模噪聲。差分晶振一般為六腳貼片,輸出類型分為好幾種,LVDS,LV-PECL,具有低電平,低抖動,低功耗等特性。
2、壓控晶振
壓控晶體振蕩器(VCXO)是一種可通過調整外加電壓使晶振輸出頻率隨之改變的晶體振蕩器,主要用于鎖相環路或頻率微調。壓控晶振的頻率控制范圍及線性度主要取決于電路所用變容二極管及晶體參數兩者的組合,通常用于鎖相環路。