在单片机中,晶振是一种能够产生电信号以供处理器使用的器件。晶振的基本功能是产生准确的时钟信号,这个时钟信号将被用于CPU和其他外围设备的同步工作。CPU将根据这个时钟信号对操作进行时间控制,同时,许多外围设备(例如RAM、EPROM、UART等)也需要使用晶振提供的时钟信号,以便有效地与CPU进行交互,使整个系统始终保持同步状态。
目前单片机中常见的晶振有两种:有源晶振和无源晶振。
有源晶振能够在不需要外部元器件的情况下,直接产生芯片运行需要的时钟信号。这种晶振是在高温烧结下,将石英晶体与晶振芯片封装在一起做成的。有源晶振产生的时钟信号精度高,抗干扰能力强,但价格比较贵。
无源晶振需要和其他电路元器件(比如陶瓷谐振器)一起组成振荡电路,来产生所需的时钟信号。无源晶振优点是价格便宜、拥有广泛的电路选型、功率消耗较小等;它们的缺点是精度比有源晶振略差一些,而且更容易受到外界噪声的干扰。
晶振的共振方式在设计电路时很重要,常用的共振方式有串联振荡和并联振荡两种方式。
串联晶振需要配合钳位电容一起使用,通过与外部陶瓷谐振器或电容构成串联共振网络来启动。当振荡电路的频率达到共振频率时,将产生共振而产生的较大时钟信号输出。串联式晶振具有输出频率稳定、精度高、可靠性强等优点。
并联式晶振需要使用电感等元器件组成并联谐振电路。晶振的共振频率由谐振电路决定,此时有一定几率会出现共振不稳定等问题。同时并联学晶振需要外接电感元器件,导致布局相对串联振荡方式更为复杂。
当选购晶振时,只需要关注两个参数:频率和稳定性。根据芯片的性能要求,选择晶振的频率,一般来说,频率越高,价格越贵。同时需要考虑晶振的稳定性,通常分为标准差或者部分百万,高性能要求的电路需要更佳的稳定性。
在使用晶振时,需要避免一些问题。首先,尽可能保证晶振的稳定性,不要将晶振过度负载,也要把它放在离CPU比较近的位置。其次,在连接晶振时,一定要注意芯片的引脚连接方式。最后,为了减少外界噪声对晶振的干扰,应该选择合适大小的EMI滤波电容和电感器件。