在硬件電路設計中經常會涉及到時鐘信號，具體包含晶體、晶振、有源晶振與無源晶振等。

一、晶體

晶體：英文 Crystal，電路上一般會簡寫為 XTAL，需要外加時鐘電路才能輸出時鐘信號，所以一般叫無源晶振，也叫諧振器。

晶體（crystal）是有明確衍射圖案的固體，其原子或分子在空間按一定規律周期重復地排列。晶體中原子或分子的排列具有三維空間的周期性，隔一定的距離重復出現，這種周期性規律是晶體結構中最基本的特征。

普通的單片機需外接晶體和兩個電容，以STM32單片機為例，其OSC_IN和OSC_OUT是外部時鐘源HSE的輸入引腳，STM32的HSE時鐘可以使用晶體或者晶振提供時鐘源。

1.晶體一般是 2 腳或者 4 腳，2 腳最常見，晶體無極性，直插到PCB板子上，沒有接地，精度低，

2.不供電，又稱晶體諧振器，需要RC諧振電路才可以起振

二、晶振

晶振，英文 Crystal oscillator，電路上一般簡寫為 XO，內部有時鐘電路，供電即可產生時鐘信號，所以一般叫有源晶振，也叫振蕩器。

晶振一般是 4 腳，1 個 VCC，2 個 GND，1 個 Output。

1.一般4個管腳（電源端、地、輸出、還有一個壓控或者懸空端子）貼片式

2.又稱石英晶體振蕩器

3.內部有時鐘電路，供電即可產生時鐘信號

我們再看一下晶振的種類：

Package 石英振蕩器，英文 SPXO：不施以溫度控制及溫度補償的石英振蕩器。頻率溫度特性依靠石英振蕩晶體本身的穩定性。

溫度補償石英振蕩器，英文 TCXO：附加溫度補償回路，減少其頻率因周圍溫度變動而變化之石英振蕩器。

電壓控制石英振蕩器，英文 VCXO：控制外來的電壓，使輸出頻率能夠變化或調變的石英振蕩器。

恒溫槽式石英振蕩器，英文 OCXO：以恒溫槽保持石英振蕩器或石英振蕩晶體在一定溫度，控制其輸出頻率在周圍溫度下也能保持極小變化量之石英振蕩器。

可以看到，不管是 VCXO 還是 TCXO，內部都帶有電路進行補償，所以價格上會比晶體貴，質量和準確度也會比晶體高不少，比如 GPS 上一般會選用 TCXO。

下面看一下晶振最重要的幾個參數：

標稱頻率（Normal Frequency）：晶振的標準頻率，如 26MHz、32.768KHz 等。

頻率誤差（Frequency Tolerance）或頻率穩定度（Frequency Stability）：用單位 ppm 來表示，即百萬分之一，是相對標稱頻率的變化量，此值越小表示精度越高，1MHz 的晶振，1 個 PPM 就是 1Hz 的偏差。

溫度頻差（Frequency Stability vs Temp）：表示在特定溫度范圍內，工作頻率相對于基準溫度時工作頻率的允許偏離，它的單位也是 ppm。

負載電容 CL：負載電容是指晶振正常工作震蕩所需要的電容。為使晶體能夠正常工作，需要在晶體兩端外接電容，來匹配達到晶體的負載電容。

那負載電容如何確定呢？

計算公式：CL=C1*C2/（C1+C2）+Cic+△C

C1 和 C2 為晶振兩腳對地電容，稱為匹配電容。

Cic 為集成電路內部電容，△C 為 PCB 板上電容，一般大小為 3~5pF。

匹配電容一般取 C1=C2=2CL，這樣并聯起來就接近負載電容 CL 了，在一般情況下，增大負載電容會使振蕩頻率下降，而減小負載電容會使振蕩頻率升高。

如果 crystal 所接的 IC 內部有負載電容，那外部的 C1 和 C2 就不需要了。

一般 IC 的數據手冊中會給出負載電容的大小。
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