晶振和晶体傻傻分不清?一文搞懂什么是晶振
晶振是什么呢?对于外行人来讲,真的很难理解。接下来小编对晶振进行一个简单的解释。电子元件中有一种叫“压电石英晶体”的元件,这种晶体分为两种,“石英晶体谐振器” 和“石英晶体振荡器” 。简而言之, 这两种晶体都简称为“晶振” 。即“晶体” 就是“晶振” , 也就有了“晶振” 这一名词的来源。
“石英晶体谐振器” 和“石英晶体振荡器”
01、石英晶体的结构
利用石英晶体(Quartz-Crystal)的压电效应制成的一种谐振器件。石英本质是矿物质硅石的一种,化学成分是Sio2,从一块晶体上按一定的方位角切割成的薄片称为晶片
石英晶体的结构
形状是呈角锥形的六棱结晶体,具有各向异性的物理特性。按其自然形状有三个对称轴,电轴X,机械轴Y,光轴Z。
石英晶体及横断面
石英谐振器中的各种晶片,就是按照各轴不同角度,切割成正方形、 长方形、 圆形、 或棒型的薄片,如图
02、石英晶体的基本特性
(1) 石英晶体特有的正、 反两种压电效应
正压电效应:当沿晶体的电轴或机械轴施以张力或压力时, 就在垂直于电轴的两面上产生正、 负电荷, 呈现出电压。
负压电效应:当在垂直于电轴的两面上加交变电压时, 晶体将会沿电轴或机械轴产生弹性变形( 伸张或压缩) , 称为机械振动。
石英晶体的基本特性
(2) 石英晶体具有谐振回路的特性
石英晶体存在着固有振动频率。
当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一固定的机械振动频率。当外加电信号频率在此自然频率附近时, 就会发生谐振现象。它既表现为晶片的机械共振, 又在电路上表现出电谐振。
这时有很大的电流流过晶体, 产生电能和机械能的转换。
(3) 具有较小的频率温度特性
石英晶体温度系数小和低噪声
石英晶体振荡器的频率稳定度可达到10 -5数量级以上, 具有很高的品质因数, 产生几十kHz几百MHz的振荡频率。
03、石英晶体的等效电路
当晶体不振动时, 可以看成是一个平板电容器Co, 称为静电电容。Co与晶片的几何尺寸和电极面积有关。
石英晶体的等效电路
Co——静态电容和支架引线等分布电容之和, 一般约2~5PF。
Cq ——动态电容, 表征晶体的弹性, 值很小, 在10﹣² pF以下。
Lq ——动态电感, 表征晶体的质量, 值较大, 在几十mH ~几百H。
rq ——动态电阻,机械摩擦和空气阻尼引起的损耗, 阻抗很小,几~几百欧Ω。
Lq1、Cq1、rq3——晶体基频等效电路。
CLq3、Lq3、rq3——晶体三次泛音等效电路。
一分钟让你了解芯片工作的心脏——晶振
晶振概念: 在振荡器中采用一个特殊的元件——石英晶体,它可以产生频率高度稳定的交流信号,这种采用石英晶体的振荡器称为晶体振荡器,简称晶振。
制作方法: 从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了晶振器,常见的有DIP(插脚类)和SMD(插片类)。
常见晶振
插脚类晶振
贴片类晶振
晶振特性:
有源晶振无源晶振的常见电路
晶振与CPU相连
CPU需要复杂的时序电路完成不同的指令功能。一般时钟信号可以由两种信号产生:一种是内部方式,利用芯片内部的振荡电路,产生时钟信号;另一种为外部方式,时钟信号由外部引入,时钟晶振就是芯片的外部时钟信号源。时钟晶振 的主要作用是通过分频电路向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率,它就像个标尺,时钟芯片就是拿这把标尺来量时间。若时钟晶振 工作频率不稳定会,就会造成相关设备工作频率不稳定,引发失效不良风险。
晶振与CPU连接图
通过分频电路给各种信号提供基准时钟信号
晶振的测量
使用示波器直接测输出波形,看输出频率是否稳定并计算频率
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