硬件电路设计之晶体与晶振电路设计

1 简介

晶体与晶振在电路设计中的应用十分广泛，对于数字电路，一个稳定的时钟信号，是系统稳定的前提。

2 晶振与晶体的区别

2.1 晶振与晶体的特性

晶振

晶振的全称是 有源晶振(振荡器 )，英文名称 Oscillator 。其内部自带谐振电路，通电后即可产生时钟信号。

注意 ： 无源晶体，有源晶振。 这个说法不够准确，但是能体现二者的差别。

晶体

晶体的英文名称Crystal或者 XTAL 。晶体自身无法起振， 需要借助外部电路才能输出时钟信号 。

2.2 二者区别

对比项	晶体	晶振
电源	无需电源 ，但需要外部电路	需要电源
输出	一个输出，一个输入	只有一个输出
方向	没有方向 ，正反均能使用。	有方向
PIN脚	2个或者4个PIN脚	4个PIN脚

3 无源晶振电路设计

匹配电容是什么

单片机外部的的晶振电路通常如上图，其中 CL1和CL2为匹配电容 ，且 CL1和CL2的电容值通常相等。

配电电容计算过程

匹配电容的计算，通常按照下面的公式进行计算：

其中，各个参数意义见下表：

序号	名称	意义
1	CL	负载电容
2	CL1	匹配电容1
3	CL2	匹配电容2
4	CS	寄生电容，一般取3~5pF。

案例分析

此处以CX3225SA25000D0FPQCC为例，具体参数如下：

可见，负载电容为8pF,寄生电容取4pF,匹配电容为：

可见匹配电容的取值应在8pF左右。

电阻的选择

晶振附近通常会并联或者串联上一个电阻，连接的方式不同，当然其功能也不同。

并联电阻的功能

1.降低晶体的Q值;

2.抑制EMI,EMI不过时，可减小阻值;

3.提供直流工作点;

4.使门电路工作于线性区。

串联电阻的功能

1.降低晶体的激励功率，防止损坏;

2.限制振荡幅度。

4 晶振电路设计

关键参数

频率大小 。但 频率越高，频差越大 ，从综合角度考虑，一般工程师会选用频率低但稳定的晶振，自己做倍频电路。

频率稳定度 ：关键参数。 指在规定的工作温度范围内，与标称频率允许的偏差，用ppm(百万分之一)表示。一般来说，稳定度越高或温度范围越宽，价格越高。

电源电压 ：常用的有1.8V、2.5V、3.3V、5V等，其中 3.3V应用最广 。

输出电平标准 ：根据需要采用不同输出。(HCMOS，SINE，TTL，PECL，LVPECL，LVDS，HSCL，PLL等)每种输出类型都有它的独特波形特性和用途 。

工作温度范围：工业级标准规定的-40～+85℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯，倘若-20℃～+70℃已经够用，那么就不必去追求更宽的温度范围。