什么是晶振?

晶振的核心是石英晶体。

石英晶体有一个很重要的特性，如果给它施加交变电压，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械振动，它又会产生交变电压，这种特性叫机电效应（压电效应）。

晶振的工作原理是什么?

在一般情况下石英晶体机械振动的振幅和产生交变电压的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，其振幅会明显变大，类似于LC电路的谐振现象，只要输入信号的频率等于晶振的谐振频率，利用晶振组成的振荡电路就处于共振状态，其振荡频率由晶振决定。另外，石英晶体的振荡频率基本上只与晶片的形状、材料、切割方向等密切相关。

换句话说，晶振的工作原理是机转电、电转机的原理。由电感、电容组成的谐振电路是磁场和电场的一直转换，这就是我们通常所说的电磁感应；事实上，它在电路中的应用是把它看成是一个高Q值的电磁谐振电路。因为石英晶体的损耗非常小，也就是说，Q值非常高。作为振荡器，它可以产生非常稳定的振荡。

晶振在电路中如何应用？

一般我们把晶振分为无源晶振和有源晶振两大类别。无源晶振在过去被称之为晶体谐振器，而有源晶振则被称之为晶体振荡器。无源晶振实质上就是给石英晶片接上电极，因此在接入电路时，没有极性，接反没关系。而有源晶振则是给石英晶片添加IC及容阻器件之后组成了一套完整的振荡电路。简而言之，无源晶振需在振荡电路中才可以起振，而有源晶振可自身起振。

在数字通讯电路中，无源晶振输出的为正弦波，需要整形成方波之后供给下阶电路应用。而有源晶振则可以直接输出方波。

拓展阅读：晶振在电路中的作用

1、提供时钟信号

作为数字电路的同步基准：数字电路中的各种操作，如微处理器的指令执行、数据的传输与存储、计数器的计数等，都需要按照精确的时间顺序进行。晶振产生的稳定时钟信号为这些操作提供了统一的时间基准，确保各个部分协调工作。

控制时序逻辑电路：在时序逻辑电路中，如触发器、寄存器等，时钟信号决定了数据的更新时刻。晶振提供的时钟脉冲使这些电路能够按照预定的时序进行状态转换，从而实现复杂的逻辑功能和数据处理。

2、稳定工作频率

保持频率准确性：晶振具有很高的频率稳定性，其输出频率的精度通常可以达到百万分之几十甚至更高。这使得电子设备在不同的工作条件下，如温度变化、电源电压波动等，都能保持准确的工作频率，从而保证设备的性能稳定。

确保系统性能一致性：对于一些对频率精度要求较高的应用，如通信设备、测量仪器等，稳定的工作频率至关重要。晶振能够提供精确的频率参考，使得这些设备在长时间运行过程中始终保持一致的性能，减少因频率漂移而导致的信号失真、测量误差等问题。

3、同步多个电路

协调不同模块的工作：在复杂的电子系统中，往往包含多个不同功能的电路模块，如CPU、内存、外设等。晶振产生的时钟信号可以作为同步信号，确保这些模块之间的工作节奏一致，实现数据的正确传输和交互。

实现系统的整体同步：在一些分布式系统或多芯片系统中，需要各个部分在时间上保持同步，以确保整个系统的正常运行。晶振可以为这些系统提供统一的时钟源，通过时钟分配网络将时钟信号传输到各个节点，实现系统的整体同步。

4、实现频率合成

产生多种频率信号：通过与其他电路元件如分频器、倍频器等配合使用，晶振可以作为基础频率源，产生出各种不同频率的信号，以满足不同电路模块的需求。例如，在通信系统中，可以利用晶振产生的基准频率通过倍频和分频得到发射和接收所需的各种频率信号。

满足特定频率要求：某些电子设备需要特定频率的信号来实现特定的功能，而晶振可以通过选择合适的晶体和电路设计，精确地产生所需的频率信号。比如在音频设备中，晶振可以产生精确的音频采样频率，确保音频信号的高质量处理和播放。

5、辅助计时和实时时钟功能

提供精确的时间基准：在需要计时或显示时间的设备中，如电子钟表、计时器、日历等，晶振通常作为核心元件提供精确的时间基准。其稳定的振荡频率可以通过计数器进行计数，从而实现准确的时间测量和显示。

支持实时时钟电路：实时时钟（RTC）电路通常使用低频晶振，如32.768kHz，为系统提供准确的时间和日期信息。即使在设备断电的情况下，RTC电路中的备用电池可以维持晶振的工作，确保时间的连续性和准确性。