晶振，全称为晶体振荡器，是一种利用石英晶体的压电效应来产生稳定时钟信号的电子元器件。其主要作用包括以下几个方面：
- 提供基本的时钟信号：晶振为系统提供基准频率，确保各部分同步工作。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。
- 频率控制和时间基准：晶振在频率控制、时间基准、信号转换、振荡器电路和系统稳定性提升等多方面起到关键作用。
- 单片机运行速度：在数字电路中，晶振为时钟芯片提供稳定、精确的频率信号，晶振提供的时钟频率越高，单片机的运行速度也会随之加快。
- 通讯系统的频率调整：有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，并通过电子调整频率的方法保持同步。
- 锁相环电路配合使用：晶振与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。
- 电磁辐射小：晶振的特点之一是电磁辐射小，这使得它在许多需要低电磁干扰的应用中非常受欢迎。
- 高精度和稳定性：晶振能够提供非常高的初始精度和稳定性，这对于需要高精度频率控制的设备尤为重要。
晶振在电子系统中扮演着至关重要的角色，不仅为系统提供稳定的时钟信号，还通过其高精度和稳定性提升了系统的整体性能和可靠性。
一、 晶体振荡器的工作原理是什么?
晶体振荡器的工作原理基于逆压电效应，即当电场施加在某些材料上时，它会产生机械变形。这种现象使得晶体振荡器能够利用压电材料的振动晶体的机械共振来产生具有非常精确频率的电信号。
具体来说，晶体振荡器的基本结构由“振荡器驱动电路”和晶体谐振腔两个部分组成。其中，晶体谐振腔是由晶体振荡管封装而成的，振荡管中除了晶体外还有两个电极。当直流电压(DC)施加在电极上时，电场作用下使晶体内部产生固有振动，因为晶体具有机械弹性，从而引起机械共振。
此外，晶体振荡器通常用于提供稳定的时钟信号，也可以用于稳定无线电发射器和接收器的频率。
二、 如何根据不同的应用需求选择合适的晶振频率和类型?
根据不同的应用需求选择合适的晶振频率和类型，需要综合考虑多个因素。以下是详细的步骤和注意事项：
不同的应用对频率的要求不同。例如，微控制器可能需要特定的时钟频率，而无线通信模块可能需要特定的射频频率。因此，首先需要明确系统所需的频率范围。
晶振频率是选择晶振时最核心的要素。必须严格按照客户要求或经过专业测试的频率进行选择。例如，如果实际应用需要的是4.43MHz，那么绝不能随意选择一个相近的频率。
晶振的精度和稳定性对系统的性能至关重要。高精度和高稳定性的晶振可以确保系统的可靠性和准确性。
根据具体的应用需求选择晶振类型。常见的晶振类型包括普通晶振、温度补偿晶振、恒温控制晶振以及压控晶振等。每种类型的晶振都有其独特的性能和应用领域。例如，石英晶体振荡器、陶瓷振荡器、差分晶振等，应根据具体应用需求来选择合适的晶振类别。
在选择晶振型号时，还需要考虑封装尺寸和温度范围等因素。这些因素会影响晶振在不同环境下的性能和可靠性。
选择具有高可靠性的晶振可以确保设备在长时间运行中的稳定性和安全性。
考虑电路的需求，选择合适的晶振输出类型。
三、 晶振在提高单片机运行速度方面的具体作用是什么?
晶振在提高单片机运行速度方面的作用主要体现在提供稳定的时钟频率上。晶振通过产生单片机所需的时钟频率，使得单片机能够按照这个频率执行所有指令，从而提高其运行速度。具体来说，晶振提供的时钟频率越高，单片机的运行速度也就越快。例如，在80C51单片机中，晶振频率为12MHz时，可以显著提高单片机的工作速度和性能。
此外，晶振通常与锁相环电路配合使用，以确保时钟信号的稳定性和准确性。因此，晶振不仅提供了必要的时钟信号，还保证了单片机在各种环境条件下的正常工作。
四、 锁相环电路与晶振配合使用的技术细节有哪些?
锁相环电路(PLL)与晶振配合使用的技术细节主要包括以下几个方面：
- 同步时钟频率：锁相环电路通过比较外部信号的相位和由压控晶振(VCXO)产生的相位来实现同步。在比较的过程中，锁相环电路会不断根据外部信号的相位来调整本地晶振的时钟相位，直到两个信号的相位一致。
- 频率调整：锁相环可以锁定到晶振的某个频率，并通过改变环路增益来调整输出频率。这意味着可以通过锁相环电路来实现不同频率的时钟信号，满足系统中不同子系统的需求。
- 高稳定度和高准确度：为了满足现代通信技术、雷达技术、电子测量以及光电应用领域对高稳定度和高准确度时钟的要求，设计了基于数字锁相环的晶振同步系统。这种系统通常采用高分辨率鉴频鉴相器和低通滤波器来提高系统的性能。
- 温度补偿和微调：在PLL频率综合器的设计中，推荐使用温度补偿型晶振(TCXO)，以保持较高的温度稳定性。在需要微调参考的情况下使用VCXO，但需要注意VCXO灵敏度较小，因此设计环路滤波器的带宽不能很大，否则会导致滤波器的电容和电阻选择不当。
- 倍频机制：锁相环电路还可以用于倍频机制，即将晶振的频率进行加倍或其他倍数的放大，以满足更高频率需求的应用场景。例如，CPU主频可能远高于晶振频率，这时就需要通过锁相环电路来实现倍频。
锁相环电路与晶振配合使用的技术细节包括同步时钟频率、频率调整、高稳定度和高准确度的实现、温度补偿和微调以及倍频机制等方面。
五、 晶振的电磁辐射特性如何影响其在低电磁干扰环境中的应用?
晶振的电磁辐射特性对其在低电磁干扰环境中的应用有着显著影响。首先，晶振作为电子设备中的关键时钟组件，其稳定性对整个系统性能至关重要。然而，在实际应用中，晶振容易受到外部环境中的电磁干扰(EMI)影响，可能导致性能下降。
为了应对这一问题，展频晶振技术被广泛应用于降低EMI电磁干扰。展频晶振通过动态改变时钟频率，有效降低电磁辐射功率，减少EMI电磁干扰的影响。这种技术不仅可以简化产品设计和EMC测试，还可以减少用于EMI电磁干扰抑制的印刷电路板面积，节省产品成本和面市时间。
此外，展频晶振的可编程特性使其能够在同一产品中进一步集成可编程的EMI电磁干扰抑制和定时功能，从而解决EMC辐射超标的问题。例如，玛居礼晶振的HM系列是一种具有低电磁干扰特性的展频有源晶振SSXO，专为提升电子产品的EMI性能而设计。
有效的接地设计和合理的布局也是提高晶振抗干扰能力的重要措施。例如，晶振电路应尽量远离干扰源，如电源或高频信号源，并采用有效的接地设计来减少电源噪声和地线回路对晶振的影响。
