導讀什么是晶振晶振一般指晶體振蕩器，從一塊石英晶體上按一定方位角切下的薄片，簡稱為晶片，然后在晶片封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一....

什么是晶振

晶振一般指晶體振蕩器，從一塊石英晶體上按一定方位角切下的薄片，簡稱為晶片，然后在晶片封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

常見晶體晶振實物如下圖所示

晶振工作原理

晶振的等效電路：

R是ESR串聯等效阻抗，L和C分別是等效電感和電容，Cp為寄生電容。

晶振的電抗頻譜線：

當晶振在串聯諧振狀態下工作時，線路表現為純阻性，感抗等于容抗（XL=XC），串聯諧振頻率為：

當晶振在并聯諧振狀態下工作時，線路表現為純感性。在這種模式下，工作頻率由晶振的負載決定。對于并聯諧振狀態的晶振，晶振制造商應該指定負載電容CL。在這種模式下，諧振頻率：

等效電路還有一個反諧振頻率fL（并聯諧振頻率），此時串聯支路呈現為感抗，相當于一個電感，如下圖所示：

此時的頻率如下圖所示：

通常廠家的晶振元件數據手冊給出的標稱頻率不是Fr或FL，實際的晶體元件應用于振蕩電路中時，它一般還會與負載電容相聯接，共同作用使晶體工作于Fr和FL之間的某個頻率，這個頻率由振蕩電路的相位和有效電抗確定，通過改變電路的電抗條件，就可以在有限的范圍內調節晶體頻率。

當負載電容與晶體串聯時，如下圖所示：

串接的小電容CL可以使石英晶體的諧振頻率在一個小范圍內調整，此時新的負載諧振頻率如下式所示：

其中，C1遠遠小于C0 CL

當負載電容與晶體并聯時，如下圖所示：

同樣，并聯的負載CL也可以小范圍調整諧振頻率，相應的負載諧振頻率如下式：

晶體本身是不能產生振蕩信號的，必須借助于相應的外部振蕩器電路才能實現，下圖是一個串聯型振蕩器電路，其中，晶體管Q1、Q2構成的兩級放大器，石英晶體X1與電容CL構成LC電路。在這個電路中，石英晶體相當于一個電感，CL為可變電容器，調節其容量即可使電路進入諧振狀態，輸出波形為方波。

并聯型振蕩器電路如下圖所示，一般單片機都會有這樣的電路。晶振的兩個引腳與芯片（如單片機）內部的反相器相連接，再結合外部的匹配電容CL1、CL2、R1、R2，組成一個皮爾斯振蕩器（Pierce oscillator）

U1為增益很大的反相放大器，CL1、CL2為匹配電容，是電容三點式電路的分壓電容，接地點就是分壓點。以接地點即分壓點為參考點，輸入和輸出是反相的，但從并聯諧振回路即石英晶體兩端來看，形成一個正反饋以保證電路持續振蕩，它們會稍微影響振蕩頻率，主要用與微調頻率和波形，并影響幅度。 X1是晶體，相當于三點式里面的電感

R1是反饋電阻（一般≥1MΩ），它使反相器在振蕩初始時處于線性工作區，R2與匹配電容組成網絡，提供180度相移，同時起到限制振蕩幅度，防止反向器輸出對晶振過驅動將其損壞。

這里涉及到晶振的一個非常重要的參數，即負載電容CL（Load capacitance），它是電路中跨接晶體兩端的總的有效電容（不是晶振外接的匹配電容），主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻，與晶體一起決定振蕩器電路的工作頻率，通過調整負載電容，就可以將振蕩器的工作頻率微調到標稱值。

負載電容的公式如下所示：

其中，CS為晶體兩個管腳間的寄生電容（Shunt Capacitance）

CD表示晶體振蕩電路輸出管腳到地的總電容，包括PCB走線電容CPCB、芯片管腳寄生電容CO、外加匹配電容CL2，即CD=CPCB CO CL2

CG表示晶體振蕩電路輸入管腳到地的總電容，包括PCB走線電容CPCB、芯片管腳寄生電容CI、外加匹配電容CL1，即CG=CPCB CI CL1

一般CS為1pF左右，CI與CO一般為幾個皮法，具體可參考芯片或晶振的數據手冊

（這里假設CS=0.8pF，CI=CO=5pF，CPCB=4pF）。

比如規格書上的負載電容值為18pF，則有

則CD=CG=34.4pF，計算出來的匹配電容值CL1=CL2=25pF

有源晶振原理

有源晶振是將所有與無源晶振及相關的振蕩電路封裝在一個“盒子”里，不必手動精確匹配外圍電路，不同的輸出頻率應用時，只需要采購一個相應頻率的“盒子”即可，不再使用繁雜的公式計算來計算去，可以節省很多腦細胞做其它更多意義的工作。

封裝后的“盒子”示意圖如下所示：