1、晶振的基本原理
石英晶体，有天然的也有人工的，是一种重要的压电晶体材料。石英晶体自身并非振动器，它只要借助于有源鼓励和无源电抗网络方可发生振动。什么是晶振？晶振效果，晶振原理？晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器材，是用电损耗很小的石英晶体经精细切开磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，假如给他通电，他就会发生机械振动，反之，假如给他机械力，他又会发生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特色，其振动频率与他们的形状，材料，切开方向等密切相关。由于石英晶体化学功用十分安稳，热膨胀系数十分小，其振动频率也十分安稳，由于操控几许尺度能够做到很精细，因而，其谐振频率也很精确。
依据石英晶体的机电效应，咱们能够把它等效为一个电磁振动回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电….的不断转化，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转化。在电路中的运用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗十分小，即Q 值十分高，做振动器用时，能够发生十分安稳的振动，作滤波器用，能够获得十分安稳和陡削的带通或带阻曲线。晶振模块一般需求电源电流为10mA ~60mA。硅振动器的电源电流取决于其类型与功用，规模能够从低频（固定）器材的几个微安到可编程器材的几个毫安。一种低功率的硅振动器，如MAX7375，作业在4MHz时只需不到2mA的电流。在特定的运用场合优化时钟源需求归纳考虑以下一些要素：精度、本钱、功耗以及环境需求。
2、单片机晶振的两个电容的效果
| 这两个电容叫晶振的负载电容，别离接在晶振的两个脚上和对地的电容，一般在几十皮发。它会影响到晶振的谐振频率和输出起伏，一般订货晶振时分供货方会问你负载电容是多少。晶振的负载电容=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+Cic+△C式中Cd,Cg为别离接在晶振的两个脚上和对地的电容,Cic（集成电路内部电容）+△C（PCB上电容）经验值为3至5pf。各种逻辑芯片的晶振引脚能够等效为电容三点式振动器。晶振引脚的内部通常是一个反相器, 或者是奇数个反相器串联。在晶振输出引脚 XO 和晶振输入引脚 XI 之间用一个电阻衔接, 关于 CMOS 芯片通常是数M到数十M欧之间. 许多芯片的引脚内部现已包含了这个电阻, 引脚外部就不必接了。这个电阻是为了使反相器在振动初始时处与线性状况, 反相器就如同一个有很大增益的放大器, 以便于起振. 石英晶体也衔接在晶振引脚的输入和输出之间, 等效为一个并联谐振回路, 振动频率应该是石英晶体的并联谐振频率. 晶体周围的两个电容接地, 实际上便是电容三点式电路的分压电容, 接地址便是分压点. 以接地址即分压点为参阅点, 振动引脚的输入和输出是反相的, 但从并联谐振回路即石英晶体两头来看, 构成一个正反应以确保电路继续振动. 在芯片规划时, 这两个电容就现已构成了, 一般是两个的容量持平, 容量巨细依工艺和地图而不同, 但终归是比较小, 不必定适宜很宽的频率规模. 外接时大约是数PF到数十 PF,依频率和石英晶体的特性而定. 需求留意的是: 这两个电容串联的值是并联在谐振回路上的, 会影响振动频率. 当两个电容量持平时, 反应系数是 0.5, 一般是能够满意振动条件的, 但假如不易起振或振动不安稳能够减小输入端对地电容量, 而添加输出端的值以进步反应量。 |
3、MSP430系列芯片晶振选型阐明
本陈述把MSP430系列芯片分为两个部分，一个是高速晶振接口，另一个是低速晶振接口，在一般的情况下，高速晶振接口所能接的晶振，低速晶振接口也能接，可是低速晶振必需要经过恰当软件的装备来使低速晶振接口能接高速晶振。每个接口都有相应的电气特性，在挑选晶振时就必需要依据一切芯片晶振接口的电气特性来挑选相应适宜的晶振。MSP430系列芯片的低速晶振接口，电气特性剖析，如下表所示：一起要留意MSP430系列芯片中的1系列的芯片的内部电容是固定的，为12pF。
表一 XT1晶振接口接低速晶振电气特性剖析 XT1晶振接口，假如接高速晶振，关键是要考虑到它内部含有必定的匹配电容，因而在外加晶振时就必需要比XT2晶振接口电容要小一些，详细留意如下表所示：
表二 XT1晶振接口接高速晶振电气特性剖析 XT2晶振接口是一个高速的晶振接口智能接高速的晶振，一起由于内部不带谐振电容，所以有必要匹配好电容，依据MSP430系列芯片的数据手册，可得以下XT2晶振接口接高速晶振电气特性剖析如下表所示：
表三 XT2晶振接口接高速晶振电气特性剖析 MSP430系列芯片一切的晶振接口上的旁路电容大约都是2pF，旁路电容咱们能够看成是晶振和单片机之间的负载电容，可是旁路电容跟着晶振和单片机的间隔以及单片机的品种，在电气焊接时的办法不同而不同，所以为了要更好的让晶振起振，挑选适宜的负载才能比较强的晶振。MSP430系列芯片由于是低功耗单片机，所以他的I/O流过的电流比较小，在这种情况下就必需要求晶振的谐振电阻必需要小，由于太大了I/O不能供给满足的电流让晶振正常的作业，所以有必要挑选适宜的谐振电阻的晶振。 MSP430系列芯片对晶振输出的正弦波震动起伏也有要求，最低有必要确保要有0.2VCC的输出电压，所以有必要挑选适宜的谐振输出电压值的晶振。影响晶振起振的原因有晶振（ESR）、晶振发动后负载电容的巨细、单片机电源电压的规模、PCB布线和电气阻隔、外部的环境要素和电路板的维护涂层处理，上面详细介绍的三个参数是挑选晶振时有必要考虑的最首要的参数。在振动回路中，晶体既不能过鼓励(简单振到高次谐波上)也不能欠鼓励(不简单起振)。晶体的挑选至少有必要考虑：谐振频点，负载电容，鼓励功率，温度特性，长时间安稳性。
表四 高速晶振电气特性表 假如是用外部的PWM波作为时钟，MSP430系列芯片要求必需要确保PWM的占空比在40%–60%之间这样才能让单片机的时钟体系正常的作业。 |
4、器材选型封装留意事项
| 现在运用的晶振封装能够分为贴片晶振和直插晶振，贴片和直插电容。相关于直插器材，运用贴片晶振和电容不光占用电路板的空间能够更小，一起也能够下降寄生电感电容，进步晶振的震动频率精度，详细的几个影响晶振震动精度方位如下图所示，其间影响比较多的便是内部寄生电容（图6中CSTARY电容为寄生电容），寄生电容首要来源于前面介绍的PCB布线外，首要还有器材的挑选，在正常的焊接下，标贴封装器材的寄生电容大约只要直插器材的1/2，在一般的情况下，寄生电容能够达能到3pF，不同的晶振对寄生电容的灵敏程度不一样，发生的差错也就不一样。依据TI陈述材料，由外部的寄生电容、单片机内部的串联电容等影响，单片机的最大的差错能够到达约+/-2.5ppm。 |
