晶振怎么用，你真的知道吗？

摘要

晶振应该是陪伴我们最多而我们却并非那么熟悉的元器件之一，其频率对于电路的运作很重要，今天我们详细介绍晶振的谐振频率调整与常见应用。

晶振应该是陪伴我们最多而我们却并非那么熟悉的元器件之一，自从24日文章《将坚硬的石英炼化为时间》介绍完晶振的原理后，今天我们详细介绍晶振的谐振频率调整与常见应用。


一、谐振频率的调整

通常石英晶体产品给出的标称频率是外接一个小电容Cs（在石英晶体产品的技术手册中常称为负载电容）时校正的振荡频率，Cs与石英晶体串接如图1所示。利用Cs可使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整。

Cs的值应选择得比C大。

图1 石英晶体串联谐振频率的调整

二、常见应用

石英晶体振荡器电路的形式是多种多样的，但其基本电路只有两类，根据晶体在振荡电路中的不同作用，晶体振荡器有并联型电路和串联型电路。

并联型电路中，石英晶体以并联谐振的形式出现，工作在略高于fs呈感性的频段内，用来作为三点式电路中的回路电感；

串联型电路中，石英晶体以串联谐振的形式出现，工作在fs上，等效为串联谐振电路，用作为高选择性的短路元件。

必须强调指出，晶体只能工作在上述两种方式，而不能工作在低于fs和高于fp呈容性的频段内，否则晶体的频率稳定度将明显下降。

以并联晶体振荡器为例，其交流通路如图2所示。

图2 并联晶体振荡器

从相位平衡的条件出发来分析，电路的振荡频率必须在石英晶体的fs与fp之间，即晶体在电路中起电感的作用。显然，电路属于电容三点式LC振荡电路，振荡频率由谐振回路的参数（C1、C2、C3和石英晶体的等效电感Leq）决定。C1、C2直接并接在晶体两端，是晶体的负载电容；CS为微调电容，可调节并接在晶体上的负载电容，从而改变振荡器的振荡频率。

但应注意，由于C1>>CS和C2>>CS，所以振荡频率主要取决于石英晶体与CS的谐振频率，与石英晶体本身的谐振频率十分接近。石英晶体作为一个等效电感Leq很大，而CS又很小，使得等效Q值极高，其它元件和杂散参数对振荡频率的影响极微，故频率稳定度很高。

对于常见的应用场景，如IC的时钟电路，通常采用如图3所示的电路。

图3 IC的时钟电路

其中C1、C2为晶体的负载电容，其值应该等于石英晶体产品的技术手册中规定的数值。

在实际电路中，除了采用微调电容外，还可采用微调电感或者同时采用微调电感和微调电容。在频率稳定度要求很高的场合，可将晶体或整个振荡器置于恒温槽内，并将槽内温度控制在晶体拐点温度附近，这样频率稳定度可提高到10-10数量级。

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