0基础 | 晶振专题 oscillator

注：在文章末放了一个比较好玩的MATLAB代码

晶振工作原理

1. 压电效应：石英晶体（如二氧化硅）在施加电压时会产生机械振动，反之振动也会产生电压。通过振荡电路维持这种振动，形成稳定的频率信号。
2. 频率稳定性：石英晶体的物理特性使其振动频率高度稳定（如常见的 16MHz、32.768kHz），误差通常在百万分之几（ppm）以内。

晶振作用：

1. 频率基准：为电路提供精确的时钟信号，确保各部件同步工作（如 CPU 主频）。
2. 信号生成：产生特定频率的载波（如无线通信中的射频信号）。
3. 稳定性能：抗干扰能力强，避免温度、电压波动对频率的影响。

晶振类型：

晶体振荡器：一种利用石英晶体的压电效应制成的谐振器件，常见的晶振有两种类型：

1. 无源晶振：没有电源端口，仅靠自身无法正常器振，需要配合外界的起振电路才能正常工作

2. 有源晶振：一个完整的振荡器电路，给其施加工作电压，输出接口即可输出指定频率的信号

晶振布局：

1. 晶振应靠近主控芯片，减少信号传输的延迟和干扰

2. 晶振的摆放最好与主控芯片处于同层

3. 主控芯片→滤波电容→晶振

4. 晶振需远离干扰源，如电感，天线区域

5. 晶振摆放不可靠近板边，距离板边至少1cm以上

6. 晶振区域的底层不可防止其它器件

晶振走线：

晶振频率较快(一般主控晶振为8Mhz、24Mhz)，在电路板中属于较高速信号。在走线时，应遵循以下几点要求:

1. 晶振电路走线应尽可能短，晶振的时钟走线不可打孔走线;
2. 在晶振走线周围通过GND过孔进行包地，每隔50-100mil间距整齐放置屏蔽地过孔
3. 晶振区域同层不铺铜皮，可以使用禁止铺铜区域进行隔离，其他层可以铺铜，但晶振区域所有层都最好净空，不允许有其余走线经过

图 配套练习题

% 清除工作区和命令窗口
clear all;
close all;
clc;

% 绘制晶振的主体矩形
rectangle('Position', [0, 0, 4, 2], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2);

% 绘制晶振的引脚
line([-0.5, 0], [0.5, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([-0.5, 0], [1.5, 1.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([4, 4.5], [0.5, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([4, 4.5], [1.5, 1.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);

% 添加晶振内部的晶体符号
line([1, 3], [1, 1], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([1.5, 2.5], [0.5, 1.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);
line([1.5, 2.5], [1.5, 0.5], 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);

% 标注晶振引脚及连接情况，字体加粗
text(-0.5, 0.5, '\bf引脚1 - 电源正极', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');
text(-0.5, 1.5, '\bf引脚2 - 接地', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');
text(4.5, 0.5, '\bf引脚3 - 输出信号', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');
text(4.5, 1.5, '\bf引脚4 - 频率调整', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');

% 设置坐标轴属性
axis equal;
axis off;

% 添加标题
title('简易晶振图', 'FontSize', 14);
    

第一版

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% 清除工作区和命令窗口
clear all;
close all;
clc;

% 绘制晶振的主体矩形，设置为浅蓝色
rectangle('Position', [0, 0, 4, 2], 'EdgeColor', 'k', 'LineWidth', 2, 'FaceColor', [0.6 0.8 1]);

% 绘制晶振的引脚，设置为深灰色
line([-0.5, 0], [0.5, 0.5], 'Color', [0.2 0.2 0.2], 'LineWidth', 2);
line([-0.5, 0], [1.5, 1.5], 'Color', [0.2 0.2 0.2], 'LineWidth', 2);
line([4, 4.5], [0.5, 0.5], 'Color', [0.2 0.2 0.2], 'LineWidth', 2);
line([4, 4.5], [1.5, 1.5], 'Color', [0.2 0.2 0.2], 'LineWidth', 2);

% 添加晶振内部的晶体符号，设置为橙色
line([1, 3], [1, 1], 'Color', [1 0.6 0.2], 'LineWidth', 2);
line([1.5, 2.5], [0.5, 1.5], 'Color', [1 0.6 0.2], 'LineWidth', 2);
line([1.5, 2.5], [1.5, 0.5], 'Color', [1 0.6 0.2], 'LineWidth', 2);

% 标注晶振引脚及连接情况，字体加粗
text(-0.5, 0.5, '\bf引脚1 - 电源正极', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');
text(-0.5, 1.5, '\bf引脚2 - 接地', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');
text(4.5, 0.5, '\bf引脚3 - 输出信号', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');
text(4.5, 1.5, '\bf引脚4 - 频率调整', 'HorizontalAlignment', 'center', 'VerticalAlignment', 'middle');

% 设置坐标轴属性
axis equal;
axis off;

% 添加标题
title('简易晶振图', 'FontSize', 14);
    

第二版