为什么晶振的频率是32768kHz？

振荡电路用于实时时钟RTC，对于这种振荡电路只能用32.768KHZ 的晶体，晶体被连接在OSC3 与OSC4 之间而且为了获得稳定的频率必须外加两个带外部电阻的电容以构成振荡电路。

32.768KHZ的时钟晶振产生的振荡信号经过石英钟内部分频器进行15次分频后得到1HZ秒信号，即秒针每秒钟走一下，石英钟内部分频器只能进行15 次分频，要是换成别的频率的晶振，15次分频后就不是1HZ的秒信号，时钟就不准了。32.768K=32768=2的15次方，数据转换比较方便、精确。

绝大多数的 MCU 爱好者对 MCU 晶体两边要接一个22pF附近的电容不理解，因为这个电容有些时候是可以不要的。参考很多书籍，讲解的很少，往往提到最多的是起稳定作用，负载电容之类的话，都不是很深入理论的分析。 问题是很多爱好者不去关心这两个电容，他们认为按参考设计做就行了，本人也是如此，直 到有一次一个手机项目就因为这个电容出了问题，损失了几百万之后，才开始真正的考虑这个电容的作用。 其实 MCU 的振荡电路的真名叫“三点式电容振荡电路”，请参考图片。

晶体，相当于三点式里面的电感，C1 和 C2 就是电容，5404 和 R1 实现一个 NPN 的三 极管，大家可以对照高频书里的三点式电容振荡电路。接下来分析一下这个电路。

5404 必需要一个电阻，不然它处于饱和截止区，而不是放大区，R1 相当于三极管的偏置作用，让 5404 处于放大区域，那么 5404 就是一个反相器，这个就实现了 NPN 三极管的作用， NPN 三极管在共发射极接法时也是一个反相器。

接下来用通俗的方法讲解一下这个三点式振荡电路的工作原理，大家也可以直接看书。 大家知道一个正弦振荡电路要振荡的条件是，系统放大倍数大于 1，这个容易实现，相位满足 360°，接下来主要讲解这个相位问题： 5404 因为是反相器，也就是说实现了 180°移相，那么就需要 C1，C2 和 Y1 实现 180°移相 就可以，恰好，当 C1，C2，Y1 形成谐振时，能够实现 180 移相，这个大家最简单的可以以地作为参考，谐振的时候，C1、C2 上通过的电流一样，地在 C1、C2 中间，所以恰好电压相反，实现 180 移相。 当 C1增大时，C2 端的振幅增强，当 C2 降低时，振幅也增强。

有些时候 C1，C2 不焊也能起振，这个不是说没有 C1，C2，而是因为芯片引脚的分布电容 引起的，因为本来这个 C1，C2 就不需要很大，所以这一点很重要。接下来分析这两个电容 对振荡稳定性的影响。 因为 7404 的电压反馈是靠 C2 的，假设 C2 过大，反馈电压过低，这个也是不稳定，假设 C2 过小，反馈电压过高，储存能量过少，容易受外界干扰，也会辐射影响外界。C1 的作用 对 C2 恰好相反。因为我们布板的时候，假设双面板，比较厚的，那么分布电容的影响不是 很大，假设在高密度多层板时，就需要考虑分布电容，尤其是 VCO 之类的振荡电路，更应 该考虑分布电容。

有些用于工控的项目，建议不要用晶体的方法振荡，二是直接接一个有源的晶振 很多时候大家会用到 32.768K 的时钟晶体来做时钟，而不是用单片机的晶体分频后来做时钟，这个原因很多人想不明白，其实这个跟晶体的稳定度有关，频率越高的晶体，Q 值一般难以做高，频率稳定度不高，32.768K的晶体稳定度等各方面都不错，形成了一个工业标准， 比较容易做高。

资深硬件工程师也未必知道的真相：晶振的标称频率全面揭密

Author: Jackie Long

有经验的工程师都曾经使用过晶体（也称无源晶振）或晶振（也称有源晶振），最经典的晶体应用电路就是51单片机最小系统，它产生单片机执行指令所必须的时钟频率信号，单片机的一切指令执行都是建立在这个基础上的，时钟信号频率越高，通常单片机的运行速度也就越快。

我们都知道，晶振都有一个标称频率（Normal Frequency） 参数，比如12M、8M、32768等等，也就是晶振元件规格书中所给出的频率，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数，然而这个标称频率到底是什么呢？

有人说：这个标称频率是石英晶片的谐振频率，与石英晶片的具体尺寸有关！

好像有点道理哈，我们从头来看看。

将石英晶片按一定的形状进行切割后，再用两个电极板夹住就形成了无源晶振，其符号图如下所示：

下图是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性的简化电路。

其中：C1为动态等效串联电容；

L1为动态等效串联电感；

R1为动态等效串联电阻，它是晶体内部摩擦性当量

C0为静态电容，相当于两个电极板之间的电容量；

这个等效电路有如下图所示的频响特性曲线：

当R1、L1、C1串联支路发生谐振的频率即串联谐振频率（Fr），此时容抗与感抗相互抵消，因此，支路相当于只有等效串联电阻R1。

这个频率是晶体的自然谐振频率，它在高稳晶振的设计中，是作为使晶振稳定工作于标称频率、确定频率调整范围、设置频率微调装置等要求时的设计参数，其表达式如下所示：

但是这个频率Fr还不是我们在晶振规格书上看到的标称频率哦！

等效电路还有一个反谐振频率fL（并联谐振频率），此时串联支路呈现为感抗，相当于一个电感，如下图所示：

此时的频率如下图所示：

通常厂家的晶振元件数据手册给出的标称频率不是Fr或FL，实际的晶体元件应用于振荡电路中时，它一般还会与负载电容相联接，共同作用使晶体工作于Fr和FL之间的某个频率，这个频率由振荡电路的相位和有效电抗确定，通过改变电路的电抗条件，就可以在有限的范围内调节晶体频率。

当负载电容与晶体串联时，如下图所示：

串接的小电容CL可以使石英晶体的谐振频率在一个小范围内调整，此时新的负载谐振频率如下式所示：

其中，C1远远小于C0+CL

当负载电容与晶体并联时，如下图所示：

同样，并联的负载CL也可以小范围调整谐振频率，相应的负载谐振频率如下式：

从实际效果上看，对于给定的负载电容值，F'r与F'L两个频率是相同的，这个频率是晶体的绝大多数应用时所表现的实际频率，也是制造厂商为满足用户对产品符合标称频率要求的测试指标参数，也就是本文最开头介绍的晶振标称频率。

关于晶振的匹配电容计算公式，可参考文章"硬件工程师面试概率最高的问题：晶振的匹配电容计算公式"

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