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如何为电子产品选择合适的晶振

与当今大多电子产品最起码包含一个嵌入式控制器一样，大多这样的产品也都最少有一个晶振。实际上，在一些多协议网络和电信设备中，可用到10或更多个晶振。晶振一般用于设定处理器的时钟频率以及网络速度或无线信道的工作频率。晶振除提供FCC所要求的设定无线和网络工作频率的精度外，还提供大多现代产品所需要的精准定时。

当设计产品时，你可从许多现成的预先封装好的晶振中选用一种，也可自己设计晶振。在许多情况，你所要做的就是把合适的晶体(外加两个电容)于内置振荡电路的处理器或其它芯片连接起来。否则，你需要独立振荡电路。

在这些场合，把时间和金钱花在自己设计和搭建晶振上无论在经济和产品上市速度方面看都已得不偿失。在当今的电子设计中，更明智的作法是将元器件和芯片整合在一起、集成为系统而非研制具体的电路。现在，晶振已演进为一个以独立产品形态出现的子系统器件。

在更复杂的电子产品中，晶振基本是必须的。这些由纯净石英制成的细片能以精准和非常稳定的频率振动。其几乎可被设定成任何频率并在很宽的温度范围和电压变异下保持该频率的能力是任何RC或LC振荡器都根本无法企及的。

石英是自然界中一种具有晶格结构的材料，是地球表面仅次于长石(feldspar)的最常见的物质。其化学成分是二氧化硅(SiO2)，但其压电特性令其与众不同。所谓压电特性是指材料受到机械力的压迫时产生电压或当用电压激励时以精准频率振荡的能力。后一种特性使石英成为许多应用中用以设定频率的一种器件。

虽然可从大自然中得到石英晶体，但也可通过合成方式制造出晶体。纯的石英晶体是通过在高压釜内将一种称为lasca的矿物质融化并于一个种子晶体整合在一起的方式获得的。然后将这种晶体切割为小片、并以其为基础生成设定某一特定工作频率所需的厚度。

把晶体切割成片时的形状和角度决定晶片的稳定性及其它特征。有AT、SC和X等不同切法。两条晶片分放在该晶体相背的两面，并分别于焊装引线连接。组装好的晶振封装在一个通常由金属制的密闭壳内。

晶体本身看起来象是具有等效感抗、容抗和阻抗器件的串联谐振电路(图1a)。将该晶体放在一个夹持物上将产生并联电容，其中，该晶体在这两个夹持平板中起着电介质的作用。这种组合产生一个独特的兼有串联和并联谐振的电路。

基于采用的振荡电路，晶体可被用于串联、并联或抗谐振模式。因并联模式不很稳定，所以，一般避免采用。但，通常利用介于串联和并联谐振点间的频率范围。该区域称为并联模式范围。

当工作在并联模式时，通过该晶体的外接容抗将决定工作频率。该容抗称为负载容抗，它包括PCB上以及振荡电路中的任何杂散或分布电容。该负载容抗值一般在3到20pF之间，当订购一款用在并联模式电路中的晶体时，必须指明该值。

也可给晶体添加一个串联或并联电容器以将其谐振频率在一个窄的范围内变动。该特性允许对频率实施微小调整，它有能力为锁相环(PLL)应用生成一个可变频晶振。

许多晶体也在更高的泛音频率上起振。第3和第5泛频最常见。所谓泛频就是基本谐振频率乘以3、5或其它奇数倍频率的近似。而谐频(harmonic)则是基本频率的严格整数倍，但泛频只是近似而非严格整数倍。

因典型晶体的基本振荡频率最大也就在30到50MHz，所以，泛频模式是实现晶体精度和更高频率稳定性的一种方式。当指定一款泛频晶体时，强调准确的频率很重要，这样，制造商才能在晶体中实现合适的基本频率。

关键参数

当比较和选择晶振时，设计师应考虑以下10个关键参数。

1、工作频率晶振的频率范围一般在1到70MHz之间。但也有诸如通用的32.768kHz钟表晶体那样的特殊低频晶体。晶体的物理厚度限制其频率上限。归功于类似反向台面(invertedMesa)等制造技术的发展，晶体的频率上限已从前些年的30MHz提升到200MHz。工作频率一般按工作温度25°C时给出。

可利用泛频晶体实现200MHz以上输出频率的更高频率晶振。另外，带内置PLL频率倍增器的晶振可提供1GHz以上的频率。当需要UHF和微波频率时，声表波(SAW)振荡器是种选择。

2、频率精度：频率精度也称频率容限，该指标度量晶振实际频率于应用要求频率值间的接近程度。其常用的表度方法是于特定频率相比的偏移百分比或百万分之几(ppm)。例如，对一款精度±100ppm的10MHz晶振来说，其实际频率在10MHz±1000Hz之间。

(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz

它与下式意义相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%。典型的频率精度范围在1到1000ppm，以最初的25°C给出