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相信各位硬件工程师应该都使用过晶振，上次我在写《开关电源环路的零极点》的时候，忽然想到晶振是自己起振的，如果从环路的角度看，应该就是利用了环路不稳定的特性而产生的自激振荡。

除此之外，我又想到了以下问题：

● 使用晶体时，环路的传递函数是怎样的？

● 为什么只有晶振的固有频率能振荡起来？

● 为什么改变匹配电容，就能改变频偏？

● 为什么晶振电路有的要串电阻，有的没有？有的要并联1M电阻，有的没有？

既然有了兴致，那就借此机会把晶振的内容好好梳理一下，先从基础开始吧！

一、晶振分类

一般晶振分为两种：有源晶振、无源晶振。

有源晶振也叫晶体振荡器，Oscillator；无源晶振有时也叫无源晶体，Crystal，晶体谐振器。至于哪个名字更专业、更准确，我觉得无需争论，名字只是代号而已，大家工作中沟通能知道说的是什么就行。

简单来说，有源晶振自己供上电就能输出振荡信号；无源晶体必须额外增加电路才能振荡起来。

以上分类是从使用角度来说的，如果我们单看晶振的内部构造，就会发现有源晶振内部是包含了一个无源晶振，然后再将阻容、放大等电路也包含进去，整体封装好再给我们用。

有源晶振内部构造包含了无源晶振，所以一般来说，有源晶振比无源晶振要贵。另一方面，我们只要了解了无源晶振的特性，有源晶振也就差不多了。毕竟，有源晶振可以看成是无源晶振做成的一个具体电路，供上电就能输出振荡信号了。

所以，下面我们就只看无源晶振（晶体谐振器）。

二、晶体谐振器构造

首先，晶体谐振器里面的晶体指的是石英晶体，化学式是二氧化硅SiO2。

石英的特点是：热膨胀系数小、Q值高、绝缘等。

石英可以做成晶体谐振器，主要是利用了压电效应。压电效应又分为正压电效应和逆压电效应，以下是百度百科对其的定义：

意思对应下图：

晶体的构造示意图如下：

上图左边是晶体构造的示意图，右边是我们常见的晶振的符号，二者是不是很像？

根据对前面压电效应的理解，晶体可以将电能转化为机械能，然后机械能又能转化为电能。如果给晶体通上交流电，那不就是一会儿收缩，一会儿膨胀，这不就是机械振动吗？

我们知道，机械振动的物理尺寸和结构固定之后，它本身一般就有一个固有的振动频率。当外加信号的频率与固有振动频率相等时，就会发生共振，产生谐振现象。

显然，晶振的频率，应该说的就是这个固有振荡频率。再从无源晶体也叫“晶体谐振器”，此处的“谐振”应该就是这个意思吧。

除此之外，既然工作原理是机械振动，那么性能自然跟晶体的尺寸和结构有着非常大的关系。这方面我也查了一下，确实如此。

三、晶振频率与切片厚度，切割工艺的关系

切割工艺，就是对晶体坐标轴某种角度去切割。切型有非常多的种类，因为石英是各向异性的，所以不同的切型其物理性质不同。

切面的方向与主轴的夹角对其性能有着非常重要的影响，比如频率稳定性、Q值、温度性能等。

常见的切割类型有两种：AT和BT切。

同种频率的晶振，AT切比BT切的温度系数要小，切片厚度要薄，但是Q值比BT切要低。

下面是晶体频率同切片厚度、切割类型的关系：

一般晶振手册中也会给出切割类型，不知道大家有没有关注过这个参数呢？

四、特殊的晶振——32.768Khz

从上图可以看出，AT切的20Mhz晶振的切片很薄，只有0.083mm，但是频率降低到32.768Khz，如果还是AT切，那么厚度就是0.083mm*20Mhz/32.768Khz=50.66mm。

显然，这个尺寸太大了！

我们现实中看到的32.768khz的晶振显然是没有这么大的，所以可以肯定的是，32.768Khz的晶振不是AT、BT切，应该是别的方式。

32.768Khz一般是音叉的结构，就是下面这种：

我想，可能就是因为常规的AT、BT切片方式做不了低频的晶振（尺寸太大），所以32.768Khz这样的采用这种音叉结构。

这让我想起当年一开始使用32.768Khz晶振的时候，被迫选了个MC-146封装的，当时还觉得奇怪：别的晶振都能做成3225这种封装的，就你搞特殊，封装长得这么奇怪……

五、小结

本节内容先写这么多吧，主要是查阅资料，总结了一下晶振构造及工作原理。对于硬件设计来说，用处不是特别大，不过了解下也没坏处。

至于开篇提出的几个问题，本节是一个问题也没回答，但不要着急，后面总会说清楚的，我希望是慢慢地从0开始，构建属于自己的知识体系，这样无论遇到什么问题，见过的或者是没见过的，都能有分析问题的思路。