单片机晶振脚的原理解析

　　晶振威廉希尔官方网站 需要2个10-30pF级别的电容作为起振用途，10-30pF具体的值根据不同的晶振频率不同的单片机而有所不同，作用都是使晶振起振，如果去掉这2个电容，晶振就不会起振，就没有频率输出，单片机就不会工作。

　　也有串并连电阻的案例，正常我们不需要那么做，官方的Deom里也是没有的

　　XTAL1和XTAL2指的是8051系单片机上常见的用于接“晶振”（晶体谐振器-Crystal Resonator”）的两个引脚。从原理上来说，这两个引脚和MCU内部一个反相器相连接。这个反相器与外部的“晶振”组成一个构成一个皮尔斯振荡器（Pierce oscillator）。因为这个振荡器集成在器件内部的组件实在是不能更简单啦，就一个反相器和一个电阻，非常合适于各种数字IC的设计制造流程。

　　原理：

　　XTAL1和XTAL2分别是一个反相器的输入和输出。NMOS的反相器是所谓的E-D结构的威廉希尔官方网站 （一个增强型MOS提供逻辑，一个耗尽型MOS提供上拉），在模拟应用的情形下，从XTAL1提供外部时钟是不好的（反馈网络产生不期望的副作用），而把XTAL1接地，直接从XTAL2驱动内部威廉希尔官方网站 并不需要额外的驱动能力。

　　CMOS反相器接成振荡威廉希尔官方网站 ，可以使用大得多的反馈电阻，直接驱动XTAL1不会有问题，且不允许另外的驱动源连接到XTAL2，故从XTAL1提供外部时钟。

　　一份威廉希尔官方网站 在其输出端串接了一个22K的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个10M的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向180度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外180度的相移，整个环路的相移360度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于1，晶体才正常工作。

　　晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在M欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供180度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。

　　和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲drive level调整用。用来调整drive level和发振余裕度。

　　Xin和Xout的内部一般是一个施密特反相器，反相器是不能驱动晶体震荡的。因此，在反相器的两端并联一个电阻，由电阻完成将输出的信号反向 180度反馈到输入端形成负反馈，构成负反馈放大威廉希尔官方网站 。晶体并在电阻上，电阻与晶体的等效阻抗是并联关系，自己想一下是电阻大还是电阻小对晶体的阻抗影响小大？

　　电阻的作用是将威廉希尔官方网站 内部的反向器加一个反馈回路，形成放大器，当晶体并在其中会使反馈回路的交流等效按照晶体频率谐振，由于晶体的Q值非常高，因此电阻在很大的范围变化都不会影响输出频率。过去，曾经试验此威廉希尔官方网站 的稳定性时，试过从100K～20M都可以正常启振，但会影响脉宽比的。

　　晶体的Q值非常高， Q值是什么意思呢？ 晶体的串联等效阻抗是 Ze = Re + jXe， Re《《 |jXe|， 晶体一般等效于一个Q很高很高的电感，相当于电感的导线电阻很小很小。Q一般达到10^-4量级。

　　避免信号太强打坏晶体的。电阻一般比较大，一般是几百K。串进去的电阻是用来限制振荡幅度的，并进去的两颗电容根据LZ的晶振为几十MHZ一般是在20~30P左右，主要用与微调频率和波形，并影响幅度，并进去的电阻就要看 IC spec了，有的是用来反馈的，有的是为过EMI的对策

　　可是转化为并联等效阻抗后，Re越小，Rp就越大，这是有现成的公式的。晶体的等效Rp很大很大。外面并的电阻是并到这个Rp上的，于是，降低了Rp值 -----＞ 增大了Re -----＞ 降低了Q

　　精确的分析还可以知道，对频率也会有很小很小的影响。

　　对威廉希尔官方网站 中的一颗“晶振”来说，石英晶体本身具有压电效应，对石英晶体进行适当处理后可以得到一种压电谐振器件，这就是常见的石英晶体谐振器（以下简称QCR）。对QCR的物理特性进行分析，可以发现QCR的压电谐振过程可以用以下的理想威廉希尔官方网站 模型近乎完美地表示出来。

　　右图的威廉希尔官方网站 模型中，L1-C1-R1组成了一个RLC串联谐振威廉希尔官方网站 ，再加上一个实际很小的C0，整个QCR威廉希尔官方网站 模型有两个很接近的谐振点。QCR在威廉希尔官方网站 中与反相器并联，充当的是一个右图的威廉希尔官方网站 模型中，L1-C1-R1组成了一个RLC串联谐振威廉希尔官方网站 ，再加上一个实际很小的C0，整个QCR威廉希尔官方网站 模型有两个很接近的谐振点。QCR在威廉希尔官方网站 中与反相器并联，充当的是一个选频网络的作用。整个振荡威廉希尔官方网站 在上电时可以看作是反相器的输出端打进去了一个阶跃信号，QCR把阶跃中谐振点频率的信号挑出来，其他没用的踢掉，在环路增益为1的情况下整个威廉希尔官方网站 趋于稳态平衡。

　　模电的知识告诉我们，在QCR // inverter的组合下，这个皮尔斯振荡器已经具备了一个理想的振荡威廉希尔官方网站 中的两大网络（选频+放大）。貌似振荡器中的R1和C1//C2没有什么卵用啊。且慢，这个R1和C1//C2，正是这个威廉希尔官方网站 中最美妙的地方。

　　总结并联电阻的四大作用：

　　1、配合IC内部威廉希尔官方网站 组成负反馈、移相，使放大器工作在线性区；

　　2、限流防止谐振器被过驱；

　　3、并联降低谐振阻抗，使谐振器易启动；

　　4、电阻取值影响波形的脉宽。