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[導(dǎo)讀]咱搞硬件的,應(yīng)該都使用過晶振,上次寫開關(guān)電源環(huán)路的零極點(diǎn)的時(shí)候,忽然想到晶振是自己起振的,如果從環(huán)路的角度看,應(yīng)該就是利用的環(huán)路不穩(wěn)定的特性,產(chǎn)生自激振蕩。

咱搞硬件的,應(yīng)該都使用過晶振,上次寫開關(guān)電源環(huán)路的零極點(diǎn)的時(shí)候,忽然想到晶振是自己起振的,如果從環(huán)路的角度看,應(yīng)該就是利用的環(huán)路不穩(wěn)定的特性,產(chǎn)生自激振蕩。

除此之外,我又想到下面這些問題:

那么我們使用晶體的時(shí)候,電路的環(huán)路的傳遞函數(shù)是怎么樣的呢加密芯片

為什么只有晶振的固有頻率能振蕩起來?

為什么改變匹配電容,就能改變頻偏?

為什么晶振電路有的要串電阻,有的沒有?有的要并聯(lián)1M電阻,有的沒有?

既然有了興致,那就借這個(gè)機(jī)會(huì)把晶振的內(nèi)容好好梳理一下,先從基礎(chǔ)開始吧。

晶振分類,低功耗MCU,

首先,晶振一般分為兩種,一種叫有源晶振,一種叫無源晶振。

有源晶振也叫晶體振蕩器,Oscillator;無源晶振有時(shí)也叫無源晶體,Crystal,晶體諧振器。至于哪個(gè)名字更專業(yè),更準(zhǔn)確,我覺得無需爭(zhēng)論,名字只是代號(hào)而已,大家工作中溝通能知道說的是什么就行。

簡(jiǎn)單說有源晶振自己供上電就能輸出振蕩信號(hào),無源晶體必須額外增加電路才能振蕩起來。

以上分類是從使用上面來說的。如果我們單看晶振的內(nèi)部構(gòu)造,就會(huì)發(fā)現(xiàn),有源晶振內(nèi)部是包含了一個(gè)無源晶振,然后再將阻容,放大等電路也包含進(jìn)去,整體封裝好再給我們用。安全芯片

有源晶振內(nèi)部構(gòu)造包含了無源晶振,所以,一般來說,有源晶振是比無源晶振是要貴的。另外一方面,我們只要了解了無源晶振的特性,有源晶振也就差不多了,畢竟,有源晶振可以看成是無源晶振做成的一個(gè)具體電路,供上電,就能輸出振蕩信號(hào)了。

所以,下面我們就只看無源晶振(晶體諧振器)

晶體諧振器構(gòu)造

首先,晶體諧振器里面的晶體,是指的石英晶體,化學(xué)式是二氧化硅SiO2。石英的特點(diǎn)是:熱膨脹系數(shù)小,Q值高,絕緣。

石英可以做成晶體諧振器,主要是利用了壓電效應(yīng)。壓電效應(yīng)分為正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng),以下是百度百科的定義:

晶體的構(gòu)造示意圖:

上圖左邊是晶體構(gòu)造的示意圖,右邊是我們常見的晶振的符號(hào),二者是不是很像?

根據(jù)對(duì)前面壓電效應(yīng)的理解,晶體可以將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,然后機(jī)械能又能轉(zhuǎn)化為電能。如果給晶體通上交流電,那不就是一會(huì)收縮,一會(huì)兒膨脹,這不就是機(jī)械振動(dòng)嗎?

我們知道,機(jī)械振動(dòng)的物理尺寸和結(jié)構(gòu)固定之后,它本身一般就有一個(gè)固有的振動(dòng)頻率。當(dāng)外加信號(hào)的頻率與固有振動(dòng)頻率相等時(shí),就會(huì)發(fā)生共振,產(chǎn)生諧振現(xiàn)象。

顯然,晶振的頻率,說的就應(yīng)該是這個(gè)固有振蕩頻率。再?gòu)臒o源晶體也叫“晶體諧振器”,這個(gè)“諧振”,應(yīng)該就是這個(gè)意思吧。

除此之外,既然工作原理是機(jī)械振動(dòng),那么性能自然跟晶體的尺寸和結(jié)構(gòu)非常大的關(guān)系。這個(gè)我也查了一下,確實(shí)如此

晶振頻率與切片厚度,切割工藝的關(guān)系

切割工藝,就是對(duì)晶體坐標(biāo)軸某種角度去切割。切型有非常多的種類,因?yàn)槭⑹歉飨虍愋缘模圆煌那行推湮锢硇再|(zhì)不同,切面的方向與主軸的夾角對(duì)其性能有非常重要的影響,比如:頻率穩(wěn)定性,Q值,溫度性能等等。

常見的切割類型有兩種,AT和BT切。

同種頻率的晶振,AT切比BT切的溫度系數(shù)要小,切片厚度要薄,但是Q值比BT切要低。下面是晶體頻率同切片厚度,切割類型的關(guān)系:

晶振手冊(cè)中,也會(huì)給出切割類型,不知道兄弟們有沒有關(guān)注這個(gè)參數(shù)呢?

特殊的晶振---32.768Khz

從上面看出,AT切的20Mhz晶振的切片很薄,只有0.083mm,但是頻率降低到32.768Khz,如果還是AT切的話,厚度就是:

0.083mm*20Mhz/32.768Khz=50.66mm。

顯然,這個(gè)尺寸太大了。

我們現(xiàn)實(shí)中看到的32.768khz的晶振顯然是沒有這么大的,所以可以肯定的是,32.768Khz的晶振肯定不是AT或是BT切,應(yīng)該是別的方式。

32.768Khz一般是音叉的結(jié)構(gòu),就是下面這種:

我想,可能就是因?yàn)槌R?guī)的AT,BT切片方式做不了低頻的晶振(尺寸太大),所以這種32.768Khz這樣的采用這種音叉結(jié)構(gòu)。

這讓我想起當(dāng)年一開始使用32.768Khz晶振的時(shí)候,被迫選了個(gè)MC-146封裝的,當(dāng)時(shí)還覺得奇怪:別的晶振都能做成3225這種封裝的,就你搞特殊,封裝長(zhǎng)這么奇怪。

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