STM32学习笔记之振荡器（原理篇）

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RC振荡器和晶体振荡器

以下从多个方面对 RC 振荡器和晶体振荡器进行总结：

基本原理

• RC 振荡器：利用电阻（R）和电容（C）组成的电路，基于电容的充放电特性，结合放大器的正反馈作用产生振荡信号。电容在充放电过程中电压随时间变化，经放大器放大并通过正反馈网络送回输入端，使电容持续充放电循环，进而产生周期性信号。
• 晶体振荡器：基于石英晶体的压电效应。当在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上会产生电场，这种物理现象称为压电效应。在合适的电路中，晶体的机械振动和电场变化相互转换，形成稳定的振荡。

性能特点

对比项	RC 振荡器	晶体振荡器
频率稳定性	较差。RC 元件的参数易受温度、湿度、电源电压等因素影响，导致振荡频率发生变化。	高。晶体的物理特性稳定，受外界环境因素影响较小，能提供高精度、高稳定性的频率输出。
频率范围	较窄，一般适用于产生低频信号，频率范围通常在几赫兹到几百千赫兹之间。	较宽，可覆盖从几 kHz 到几百 MHz 甚至更高的频率范围。
起振时间	短。由于内部结构相对简单，不需要像晶体振荡器那样等待晶体达到稳定的振动状态，所以起振迅速。	相对较长。晶体需要一定时间来达到稳定的机械振动状态，才能输出稳定的频率信号。
成本	低。只需要使用电阻、电容和放大器等常见的电子元件，电路结构简单，成本较低。	高。晶体的制造工艺相对复杂，且需要额外的封装和匹配电路，导致成本较高。
相位噪声	较高。由于频率稳定性较差，其输出信号的相位噪声相对较大。	较低。能够提供更纯净、稳定的信号，相位噪声较低。

应用场景

• RC 振荡器：适用于对频率精度要求不高的场合，如简易的信号发生器、低频脉冲发生器、一些简单的数字电路系统的时钟信号（如低成本的单片机开发板）以及定时电路等。
• 晶体振荡器：广泛应用于对频率精度和稳定性要求较高的领域，如通信设备（手机、基站、卫星通信等）、计算机系统（CPU 时钟、内存时钟等）、高精度测量仪器、航空航天设备等。

HSE和HSI分别由什么振荡器生成

在STM32单片机中：

• HSI（高速内部时钟）：由内部的RC振荡器生成。通常其时钟频率为8MHz。例如在STM32F103系列中，HSI是内部8MHz的RC振荡器，它能够在不需要任何外部器件的条件下提供系统时钟，具有启动时间短的优点，但频率精度相对较差，适用于对时钟精度要求不高的低功耗应用。
• HSE（高速外部时钟）：一般由外部晶体/陶瓷谐振器产生，也可以是用户提供的外部时钟信号。常用的外部晶振频率在4MHz - 16MHz之间，如在STM32F103系列中，HSE通常使用4MHz - 16MHz的外部晶振作为主时钟源，主要用于高精度应用，如USB、CAN、以太网等。HSE产生的时钟信号精度较高，但需要外部连接晶体或其他时钟源设备，且启动时间相对较长。