本文主要解决以下几个问题:

1. 晶振和晶体的区别在哪里?

无源晶振:crystal;有源晶振:Oscillator

无源晶体有2个脚,借助于时钟电路产生振荡信号,信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路。

有源晶振4个脚,除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件,因此体积较大。信号质量好、稳定。

对于时序要求敏感的应用,应选用有源晶振;要求系统比较稳定也应选用有源晶振。

2. 为什么晶体常用到一个MΩ级的电阻?

这是因为与晶体相连的器件或IC(如单片机)一般内置下面这样的振荡器电路,当反馈电阻R1没有在单片机内预留,则需要外接这个MΩ级电阻。

晶体和晶振的区别在哪里?为什么晶体常用到一个MΩ级的电阻?_晶振

图1. 并联型振荡器电路

晶体的两个引脚与芯片(如单片机)内部的反相器相连接,再结合外部的匹配电容CL1、CL2和电阻R1、R2,组成一个皮尔斯振荡器(Pierce oscillator),上图中U1为增益很大的反相放大器,CL1、CL2为匹配电容,是电容三点式电路的分压电容,接地点就是分压点。以接地点为参考点,输入和输出是反相的,但从并联谐振回路两端来看,它们形成一个正反馈以保证电路持续振荡,它们会稍微影响振荡频率,主要用与微调频率和波形,并影响幅度。

X1是晶体,R1是反馈电阻(一般≥1MΩ),它使反相器在振荡初始时处于线性工作区,R2与匹配电容组成网络,提供180度相移,同时起到限制振荡幅度,防止反向器输出对晶振过驱动将其损坏。

这里涉及到晶振的一个非常重要的参数,即负载电容CL(Load capacitance),它是电路中跨接晶体两端的总的有效电容(不是晶振外接的匹配电容),主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻,与晶体一起决定振荡器电路的工作频率,通过调整负载电容,就可以将振荡器的工作频率微调到标称值。晶体的对地电容和手册给出的负载电容有一定的关系,可通过公式计算,但一般对地电容CL1和CL2取不超过负载电容的2倍即可。