器件选型---晶振

器件选型---晶振

晶振的种类和区别

晶振大体可分为无源晶振和有源晶振两类，其区别如下：

1. 无源晶振（crystal，谐振器）：内部是两侧贴着金属极板的石英晶体，必须要依赖外部电路才能进行稳定的震动；
   
   无源晶振一般会采取下面的接法来与MCU内部的电路共同组成一个皮尔斯振荡器：
   
   XTAL1一般来说是晶振信号的输入引脚，XTAL2是晶振信号的输出引脚，皮尔斯振荡器需要用XTAL2的输出来充当反馈信号，从而维持晶振持续震动。
2. 有源晶振（oscillator，振荡器）：内部不仅有石英晶片，还有相关的IC和阻容电路。它一般来说有3个引脚（常见封装是有4个引脚，但有一个引脚仅仅起固定作用，是个空引脚）。这种元件内部自成一个时钟电路，我们只需给它的VCC引脚，GND引脚做相应的连接，就可以从第3个引脚上捕获震荡信号。
   
   当使用有源晶振为MCU提供时钟信号时，通常只需让晶振的输出引脚与MCU的XTAL1引脚相连，于此同事，XTAL2引脚一般悬空：
   

常见晶振

立创商城进行销量排序如下图：

可以发现，使用最多的几款晶振为无源晶振，频率为8Mhz、32.768khz、25MHz 和 12MHz。

使用无源晶振好处：便宜，同频率晶振价格相差好几倍
晶振的频率通常是与芯片的工作频率相关，8Mhz常倍频至常见stm32的72MHz工作频率，而32.768khz方便作为实时时钟计数。

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晶振选型注意事项（无源晶振为例）

立创商城销量最高的晶振 YXC(扬兴晶振)X50328MSB2GI 数据手册（2025/1/15）

关注的参数：

1. 晶振的频率（Frequency）：根据PCBA上的芯片设计方案选择相匹配的晶振频率，否则系统不能工作；

2. 负载电容（CL）：无源晶振要接负载电容形成皮尔斯振荡器，根据芯片所需要的晶振负载参数,选择对应负载电容参数的晶振。负载电容选择错误会导致晶振输出频率严重偏移目标频率，容易造成系统开机不良。负载电容的大小会影响到后续外围电路的电容值,\(C_L=\dfrac{C_g*C_d}{C_g+C_d}+C_s\) ；

3. 频差范围（Frequency Tolerance）：根据产品对晶振输出精度的要求进行选择。频偏=(实际频率 - 额定频率)/额定频率×10⁶，PPM是英文Parts Per Million的缩写，表示百万分之几；

4. 抗电磁干扰性（Anti-EMI）：如果电路板上杂散信号多，无源晶振的频率稳定性会受到干扰。改选有源晶振可以改善；

5. 对功耗的需求（Low-power Consumption）：低功耗需求产品要考虑功耗，参考晶振激励电平选型；

6. 对温度的需求（Temperature）：考虑产品的工作环境。温度超出晶振容忍指容易发生频率偏移导致不起振，产品无法正常工作；

7. 对体积及尺寸有要求（Size）：根据PCBA大小来确定，一般情况下，晶振体积越大，功耗也越大；

8. 封装类型：DIP直插类，便宜，方便锡丝手焊，但需要剪腿并且尺寸比较大；SMD贴片类，锡丝难焊接，需要用锡膏搭配热风枪或加热台，体积小，外界温度容忍性强；

   思维逻辑：

   频率 -》 负载电容 -》 频差 -》抗干扰 -》 功耗 -》 温度 -》 尺寸和封装

补充：

1、民用级晶振：通常应用在对成本较敏感且对晶振稳定性要求不太高的小家电、智能玩具类电子产品上，晶振的频差范围一般在±30PPM，工作温度范为-20℃~+70℃。

2、工业级晶振：晶振的频差范围一般为±10PPM~±20PPM，工作温度范围为-20℃~+70℃或-40℃~+85℃。晶振需要较好的稳定性及防震性，广泛应用于工业控制板，汽车电子设备，医疗设备，各种仪器仪表等一些容易受到外部环境不稳定性、相对恶劣或者难以定位工作环境的电子产品中。

3、汽车级晶振：晶振的频差范围一般为±10PPM，工作温度范围为-40℃~+125℃，其主要性能跟工业级晶振差不多，区别在于接近汽车发动机附近的控制板对工作温度及防震级别要求更严苛。而车载导航，蓝牙等要求则相对没那么严苛，晶振的频差范围一般为±10PPM，工作温度范围为-20℃~+70℃。

4、军工级晶振：要求晶振的频差范围在±10PPM以内或更高，比如±0.5PPM,工作温度范围为-40℃~+150℃，稳定性要求极高，要求达到军工GJB实战现场使用标准，主要应用于各类武器及军用设备控制系统中。大部分情况下为了保证质量，每个晶振都要进行长时间的可靠性测试甚至极限的破坏性测试。