晶振--數(shù)字電路的心臟

　　之所以說(shuō)晶振是數(shù)字電路的心臟，就是因?yàn)樗械?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/數(shù)字電路">數(shù)字電路都需要一個(gè)穩(wěn)定的工作時(shí)鐘信號(hào)，最常見(jiàn)的就是用晶振來(lái)解決，可以說(shuō)只要有數(shù)字電路的地方就可以見(jiàn)到晶振。

　　晶振概述

　　我們常說(shuō)的晶振，實(shí)際上是通過(guò)切割設(shè)備將人工培養(yǎng)的水晶進(jìn)行薄片切割而得到的，水晶的人工培養(yǎng)主要跟生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)系，目前市面上品質(zhì)較好的是俄羅斯生長(zhǎng)的水晶。

　　之所以說(shuō)晶振是數(shù)字電路的心臟，就是因?yàn)樗械臄?shù)字電路都需要一個(gè)穩(wěn)定的工作時(shí)鐘信號(hào)，最常見(jiàn)的就是用晶振來(lái)解決，可以說(shuō)只要有數(shù)字電路的地方就可以見(jiàn)到晶振。 我們常說(shuō)的晶振，包含兩種，一種需要加驅(qū)動(dòng)電路才能產(chǎn)生頻率信號(hào)，這類晶振叫晶振諧振器，比如常見(jiàn)的49S封裝、兩腳封裝的SMD3225 5032、少量四腳SMD封裝。一種不用加驅(qū)動(dòng)電路，只需要加上電壓信號(hào)，就能夠產(chǎn)生頻率信號(hào)，這種叫做晶振振蕩器，基本上都是4腳封裝，含有電源引腳、地引腳、頻率輸出引腳等。 晶振的主要參數(shù)選擇 這里我們主要針對(duì)晶振諧振器。一般晶振的主要參數(shù)有，核心頻率、工作溫度、精度值、等效串聯(lián)阻抗、匹配電容、封裝形式等等。

　　圖1 晶振等效電路

　　晶振的核心頻率，一般核心頻率的選擇取決于頻率需求元件的要求，比如時(shí)鐘芯片就需要32.768KHz的晶振，MCU一般是一個(gè)范圍，基本上從4M到幾十M都有。 晶振的工作溫度，之所以把工作溫度單獨(dú)拿出來(lái)，主要是由于晶振是個(gè)物理的器件，工作溫度與價(jià)格是成正比，工作溫度要求越高，價(jià)格越高，所以選擇晶振時(shí)也需要重點(diǎn)考慮工作溫度。 晶振的精度值，精度一般常見(jiàn)的有0.5ppm、±5ppm、±10ppm、±20ppm、±50ppm等等。其中0,5ppm國(guó)內(nèi)的目前只有通過(guò)數(shù)字補(bǔ)償?shù)牟拍茏龅?，?guó)外的有在3225甚至2016上實(shí)現(xiàn)高精度。精度的選擇一般要參考頻率需求器件對(duì)精度的要求。比如高精度的時(shí)鐘芯片一般在±5ppm以內(nèi)，普通的應(yīng)用都選擇在±20ppm左右。 晶振的等效串聯(lián)阻抗，這個(gè)參數(shù)主要是與驅(qū)動(dòng)能力有關(guān)系，也就是說(shuō)跟驅(qū)動(dòng)電流有關(guān)系。等效電阻小則需要的驅(qū)動(dòng)電流就小。對(duì)外部驅(qū)動(dòng)電路的適應(yīng)能力就越高。 晶振的匹配電容，通過(guò)改變匹配電容的參數(shù)值，可以改變晶振的核心頻率，也就是說(shuō)可以通過(guò)調(diào)整晶振的匹配電容來(lái)對(duì)精度做微調(diào)。這也是目前國(guó)內(nèi)做高精度溫補(bǔ)晶振的主要辦法。

　　晶振的封裝形式，目前晶振的封裝形式是多樣的，用戶需要根據(jù)自己的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行選擇，主要是根據(jù)板子的空間，加工方式，成本等等方面來(lái)考慮。 晶振的常見(jiàn)注意事項(xiàng) 一般來(lái)說(shuō)，晶振是一個(gè)系統(tǒng)的核心器件。晶振的好壞直接關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。需要注意的主要有以下幾點(diǎn)。 與加工工藝有關(guān)系的有以下兩個(gè)方面，一個(gè)是過(guò)高溫的回流焊，由于晶振是個(gè)物理器件，在過(guò)回流焊的時(shí)候高溫可能會(huì)對(duì)晶振的頻率造成一定的影響，偏離核心頻率，這個(gè)在使用K級(jí)別晶振的時(shí)候需要特別注意。

　　一個(gè)是清洗流程中的超聲波清洗，這個(gè)主要是超聲波頻率如果落在晶振的工作頻率上就可能引起晶振的共振，導(dǎo)致晶振內(nèi)部的晶片碎掉，出現(xiàn)不良。 通常應(yīng)用上需要注意的是讓晶振工作在穩(wěn)定狀態(tài)，很多出現(xiàn)晶振失效的情況都是晶振長(zhǎng)期工作在過(guò)驅(qū)動(dòng)或者是欠驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)可以通過(guò)查看晶振的輸出引腳波形可以分析。過(guò)驅(qū)動(dòng)可能導(dǎo)致晶振達(dá)不到正常的使用壽命，欠驅(qū)動(dòng)可能導(dǎo)致晶振的抗干擾能力減弱，系統(tǒng)常常無(wú)故丟時(shí)鐘。 晶振的抗干擾設(shè)計(jì)，由于晶振是個(gè)小信號(hào)器件，很容易受到外部的干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)時(shí)鐘出現(xiàn)問(wèn)題。這塊主要從兩個(gè)方面處理，一個(gè)是layout上注意晶振時(shí)鐘信號(hào)的處理，常用的是包地處理。一個(gè)是對(duì)板上其他頻率器件的處理，這個(gè)就需要做好不同頻率間的隔離處理。