晶振作为电子产品“心脏”关键部分，究竟是什么原理起到什么作用

晶振作为电子产品“心脏”的关键部分，究竟是什么原理，能起到什么作用

如果要在电子产品中找到类似人体心脏的细节，我第一个想到的就是晶振。电子产品的CPU能够有条不紊的运行，除了电源供给能量之外，晶振功不可没，它的作用就是能够给CPU提供时钟频率，特点就是稳定性极高。

接下来我们就来说说这个小玩意儿到底是怎么工作的。

晶振的英语是Crystal，她的意思是晶体、水晶，晶振的种类繁多，这是它的结构示意图，由外壳和他的两个引脚组成，在引脚附近的是绝缘体，作用是防止引脚和金属外壳短路。

中间是覆银层，当给覆银层加上电压之后，两个银层之间会形成电场，覆银层中间是石英晶体，也是这个晶振的核心，这一块儿石英晶体是按照一定方位从二氧化硅上切下来的薄片，形状为矩形或者圆形。

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晶振能产生稳定的频率，主要利用的是石英晶体的压电效应。当我们给石英晶体施加电压时，石英晶体就会产生机械变形，变形之后就会产生电压，以此往复。

我们不停地给石英晶体交变的电压，它就能产生稳定的振动频率，以下是晶振的电路符号，这是它的等效电路。

当我们输入信号的频率等于谐振频率时，可以把LC串联阻抗看做0，此时称为串联谐振，当发生串联谐振时，它的整体阻抗很小，而发生并联谐振时它的整体阻抗很大。晶振就是工作在串联谐振或者并联谐振的情况下。

既然LC等效电路也能发生这样的谐振，那是不是可以用LC等效电路替代晶振？当然不可以，有一个评价的指标叫做品质因数，品质因数越大越好，LC电路的品质因数只有几百，而晶振的品质因数却高达几十万上百万。

还有一个疑惑的地方就是需要给晶振交变的电压，我们知道CPU的时钟源头来自晶振，那又有谁负责给晶振交变的电压呢？这得靠振荡电路来实现了。

这是一个皮尔斯振荡电路，黄色部分是一个反向器，它兼具把信号放大的作用，在它的输出端能输出稳定的频率，而是靠一个晶振是不能输出稳定的频率，它必须搭配振荡电路才可以正常工作。

这个皮尔斯振荡电路很常见，比如单片机的外围晶振电路就是利用了皮尔斯振荡电路，在单片机内部集成了一个反向器和一个电阻，所以这个晶振能正常工作。

这个电路之所以能起振，依靠的是电路里面的噪声。当这个反相器刚上电时，放大了各种频率的噪声信号，然后这个信号会传输给晶振，而晶振只允许频率等于谐振频率的信号通过，这就实现了对信号的选择。

可以把晶振的作用看作是滤波，滤掉不是谐振信号的频率，等于谐振信号的频率被反馈到了输入端，又一次被放大，以此往复，这个振荡电路就能产生稳定的频率，这就是晶振的工作原理，CPU的时钟源就是这么产生的。

常见的晶振有这些频率，上述我们讲的都是无源晶振，还有一种是有源晶振，还有四个引脚，只不过把这些电路做成了一个芯片，把芯片和晶振封装到了一个壳子里面，它其实就是一个振荡器，这样我们给他通上电，它就能发出稳定的频率了。

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