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。
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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 。
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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
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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。
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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。
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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。
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