晶振--數(shù)字電路的心臟

　　之所以說晶振是數(shù)字電路的心臟，就是因為所有的數(shù)字電路都需要一個穩(wěn)定的工作時鐘信號，最常見的就是用晶振來解決，可以說只要有數(shù)字電路的地方就可以見到晶振。

　　晶振概述

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

　　之所以說晶振是數(shù)字電路的心臟，就是因為所有的數(shù)字電路都需要一個穩(wěn)定的工作時鐘信號，最常見的就是用晶振來解決，可以說只要有數(shù)字電路的地方就可以見到晶振。 我們常說的晶振，包含兩種，一種需要加驅(qū)動電路才能產(chǎn)生頻率信號，這類晶振叫晶振諧振器，比如常見的49S封裝、兩腳封裝的SMD3225 5032、少量四腳SMD封裝。一種不用加驅(qū)動電路，只需要加上電壓信號，就能夠產(chǎn)生頻率信號，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，比如時鐘芯片就需要32.768KHz的晶振，MCU一般是一個范圍，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拿出來，主要是由于晶振是個物理的器件，工作溫度與價格是成正比，工作溫度要求越高，價格越高，所以選擇晶振時也需要重點考慮工作溫度。 晶振的精度值，精度一般常見的有0.5ppm、±5ppm、±10ppm、±20ppm、±50ppm等等。其中0,5ppm國內(nèi)的目前只有通過數(shù)字補償?shù)牟拍茏龅?，國外的有?225甚至2016上實現(xiàn)高精度。精度的選擇一般要參考頻率需求器件對精度的要求。比如高精度的時鐘芯片一般在±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，這個參數(shù)主要是與驅(qū)動能力有關(guān)系，也就是說跟驅(qū)動電流有關(guān)系。等效電阻小則需要的驅(qū)動電流就小。對外部驅(qū)動電路的適應(yīng)能力就越高。 晶振的匹配電容，通過改變匹配電容的參數(shù)值，可以改變晶振的核心頻率，也就是說可以通過調(diào)整晶振的匹配電容來對精度做微調(diào)。這也是目前國內(nèi)做高精度溫補晶振的主要辦法。

　　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)自己的實際情況來進行選擇，主要是根據(jù)板子的空間，加工方式，成本等等方面來考慮。 晶振的常見注意事項 一般來說，晶振是一個系統(tǒng)的核心器件。晶振的好壞直接關(guān)系整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。需要注意的主要有以下幾點。 與加工工藝有關(guān)系的有以下兩個方面，一個是過高溫的回流焊，由于晶振是個物理器件，在過回流焊的時候高溫可能會對晶振的頻率造成一定的影響，偏離核心頻率，這個在使用K級別晶振的時候需要特別注意。

　　一個是清洗流程中的超聲波清洗，這個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期工作在過驅(qū)動或者是欠驅(qū)動狀態(tài)，這個可以通過查看晶振的輸出引腳波形可以分析。過驅(qū)動可能導(dǎo)致晶振達不到正常的使用壽命，欠驅(qū)動可能導(dǎo)致晶振的抗干擾能力減弱，系統(tǒng)常常無故丟時鐘。 晶振的抗干擾設(shè)計，由于晶振是個小信號器件，很容易受到外部的干擾，從而導(dǎo)致系統(tǒng)時鐘出現(xiàn)問題。這塊主要從兩個方面處理，一個是layout上注意晶振時鐘信號的處理，常用的是包地處理。一個是對板上其他頻率器件的處理，這個就需要做好不同頻率間的隔離處理。