談?wù)凚MS里面的晶振電路

“在寫完這篇后，回過頭來看，我發(fā)現(xiàn)對振蕩電路的理解還是不夠深入，本著不懂的東西不敢亂寫，所以本篇基本是總結(jié)一些概念和經(jīng)驗，關(guān)于晶體外部阻容的選型計算，等待后面深刻理解后，再寫?！?/p>

今天為大家簡單介紹一下振蕩器與諧振器，其實工作中更多接觸到的名字叫做晶振。暫時拋開叫法是否準(zhǔn)確貼切，先沿用這一稱呼。我們在設(shè)計電路時，尤其是單片機模塊時，會很自然地接觸到晶振，但實際大部分人（也包括我自己）都沒有好好去琢磨一下晶振電路的各個元器件的選型來源，很多都是繼承歷史，把成熟電路抄過來直接用；實際這樣也沒有什么問題，但又總感覺心有點虛，自己畫的板子講不清器件的用途，總會有些不踏實，萬一哪一天它壞了呢？

接著，還是要先糾正一下概念與定義。

最根源的分類其實是諧振器與振蕩器。簡單地說，諧振器是無源器件，振蕩器是有源器件。至于有源和無源的差別，自己去百度，一大堆。

諧振器（英文resonator），它是可以產(chǎn)生諧振頻率的電子元件或電路，在其外部需要配合控制驅(qū)動電路，產(chǎn)生時鐘輸出；

諧振器分類（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

上圖是主要的幾種諧振電路或元件，可以看到熟悉的RC諧振電路與石英晶體；石英晶體諧振器（quartz crystalresonators），也就是我們?nèi)粘７Q呼的“無源晶振”，其實更準(zhǔn)確應(yīng)該叫“晶體（crystal）”，它是兩個引腳的無源器件，是電路中很常見的時鐘源，相信大家都接觸過。陶瓷諧振器（ceramic resonators）很少見，我沒有使用過，大家如果有應(yīng)用經(jīng)驗，可以留言，交流交流。

晶體（圖片來源京瓷官網(wǎng)）

振蕩器（英文oscillator），它是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，將直流電轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電，其構(gòu)成的電路叫做振蕩電路，振蕩器比諧振器多了一個控制電路。

振蕩器里面最主要的就是指石英晶體振蕩器（quartz crystal oscillators），就是我們說的“有源晶振”，或者“晶振”（終于等到你）；其中接觸最多的石英晶體振蕩器，它常見的封裝是四個引腳，輸出方波信號，CMOS電平。

晶振（圖片來源NDK官網(wǎng)）

BMS單板上使用的單片機，基本都需要外置一個時鐘（晶體或晶振）給它，那么第一個問題來了，為什么不用單片機的內(nèi)部時鐘源呢？

原因是單片機內(nèi)部的時鐘源類型一般是RC振蕩電路（RC諧振電路＋控制電路），它輸出頻率的精度不高，如果用在通信上面，可能會造成時鐘不精確，所以我們在BMS上面很多時候都選擇外部的時鐘源（晶體或晶振）。

上圖是NXP某個單片機內(nèi)部時鐘框圖，畫紅色圓圈標(biāo)記的就是單片機內(nèi)部集成的時鐘源（IRC）；XTAL和EXTAL是外部時鐘源的連接引腳，內(nèi)部時鐘源與外部時鐘源都可以使用；一般單片機上電后默認是內(nèi)部時鐘源，經(jīng)過初始化后，配置成外部時鐘源。大家閑時也可以看看自己用的單片機的內(nèi)部時鐘結(jié)構(gòu)。

接下來簡單介紹一下單片機的外部時鐘源，也就是晶體與晶振的用法。

晶振用起來最簡潔，它內(nèi)部集成了晶體與控制電路，形成了一個完整的振蕩電路。下圖是單片機與晶振的連接示意圖，基本不需要外部如何配置，供電可直接工作，XTAL引腳可不使用。

但如果選用晶體的話，就會復(fù)雜很多，如下圖所示；它需要外部加一些配合的阻容，與單片機內(nèi)部的控制電路共同組成振蕩電路：R2是反饋電阻，作用是與單片機內(nèi)部的反向器一起組成放大器；C1C2是外部負載電容，用于調(diào)節(jié)晶體的負載電容需求和濾波作用；R1是外部串聯(lián)電阻，用于限制XTAL的驅(qū)動電流。目前只能寫這么多了，等理解透徹后再寫選型的理論支撐，大家好奇的話可以先去查查資料（比如ST網(wǎng)站的AN2867）。

總結(jié)

晶體與晶振在BMS單板里面很常見，那么到底選擇晶體還是晶振呢？從使用難度和穩(wěn)定性上來說，晶振更好一些，但成本上面晶體更有優(yōu)勢。所以前期可以直接上晶振，后期考慮降成本的話，可以使用晶體來實現(xiàn)，這樣留一點降成本的空間，你懂的；哈哈，有點廢話的樣子，為了湊字?jǐn)?shù)，管不了那么多了。

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