晶振原理是什么？

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，它的主要作用是向顯卡、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。 晶振還有個(gè)作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流，發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱(chēng)。它用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器(VCO)。

晶振在數(shù)字電路的基本作用是提供一個(gè)時(shí)序控制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻。數(shù)字電路的工作是根據(jù)電路設(shè)計(jì)，在某個(gè)時(shí)刻專(zhuān)門(mén)完成特定的任務(wù)，如果沒(méi)有一個(gè)時(shí)序控制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻，整個(gè)數(shù)字電路就會(huì)成為“聾子”，不知道什么時(shí)刻該做什么事情了。

晶振起振的原理

晶振是將石英晶體按一定的方位角切割成不同形狀，在兩個(gè)對(duì)立面上涂覆銀層作為電極，在每個(gè)電機(jī)上焊接引線作為管腳，再用外殼封裝即為晶振。切割的定位角與最后的成型形狀決定了晶振的振動(dòng)頻率，切割精度完了晶振的振動(dòng)精度。

壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。

正壓電效應(yīng)：當(dāng)外力去掉后，電介質(zhì)又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)。

逆壓電效應(yīng)：當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)在電介質(zhì)的極化方向上施加電場(chǎng)，這些電介質(zhì)也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，電介質(zhì)的變形隨之消失。

當(dāng)在晶體表面上施加機(jī)械壓力時(shí)，與機(jī)械壓力成比例的電壓出現(xiàn)在晶體上。該電壓會(huì)導(dǎo)致晶體失真，失真的量將與施加的電壓成比例，并且還與施加在晶體上的交流電壓成正比，從而導(dǎo)致晶體以其固有頻率振動(dòng)。這種壓電效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)或振蕩，可用來(lái)代替以前的振蕩器中的標(biāo)準(zhǔn)LC振蕩電路。

晶振具有壓電效應(yīng)，即在晶片兩極外加電壓后晶體會(huì)產(chǎn)生變形，反過(guò)來(lái)如外力使晶片變形，則兩極上金屬片又會(huì)產(chǎn)生電壓。如在極板間所加的是交變電壓，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，同時(shí)機(jī)械變形振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。一般來(lái)說(shuō)，這種機(jī)械振動(dòng)的振幅是比較小的，其振動(dòng)頻率則是很穩(wěn)定的。但當(dāng)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，晶體愈薄，切割難度越大，諧振頻率越高)相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為壓電諧振，因此石英晶體又稱(chēng)為石英晶體諧振器。其特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定度很高。利用晶振的壓電效應(yīng)來(lái)為單片機(jī)工作產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，CPU一切指令的執(zhí)行都建立在該基礎(chǔ)上，時(shí)鐘頻率增大->MCU運(yùn)行越快。

晶振分類(lèi)

晶振可分為有源晶振和無(wú)源晶振。

①無(wú)源晶振=晶體=諧振器=crystal

一般為2引腳，需要借助與負(fù)載電容形成的時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)。無(wú)源晶振產(chǎn)生的是正弦波信號(hào)(峰值電壓接近芯片的工作電壓，可用萬(wàn)用表簡(jiǎn)易測(cè)量其電壓是否為芯片電壓的一半來(lái)判斷晶振是否正常工作)。

無(wú)源晶振和stm32一起使用時(shí)，利用stm32內(nèi)部的HSE(外部高速時(shí)鐘)提供時(shí)鐘電路。

②有源晶振=晶振=振蕩器=oscillator

有4個(gè)引腳。不需要CPU的內(nèi)部振蕩器，通過(guò)自身產(chǎn)生振蕩(供電便能產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào))。有源晶振產(chǎn)生的信號(hào)為方波信號(hào)。(也有特例為正弦波信號(hào))

有源晶振內(nèi)部除了石英晶片外，還有鐘振IC和阻容元件，包含邏輯電路可自動(dòng)匹配外部電容，輸出頻率更穩(wěn)定，精度高，不會(huì)引起頻率偏移。但由于其固定的信號(hào)電平，靈活度不如晶體，且價(jià)格貴。