晶振的工作原理与应用详解析

晶振一般指 晶体振荡器 。晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片)，石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。

而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

晶振的工作原理

石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。

01晶振的基础知识晶振，全称晶体振荡器，是一种机电器件，通过精密切割磨削的石英晶体，并镀上电极焊上引线制成。这种晶体具有机电效应，即通电时产生机械振荡，机械力作用时产生电。其振荡频率与形状、材料、切割方向紧密相关。由于石英晶体化学性能稳定、热膨胀系数小，因此振荡频率非常稳定且准确。

❒ 晶振的工作机制

晶振是一种通过石英晶体机电效应产生振荡频率的装置，其频率由晶体的形状、材料及切割方向决定。化学稳定性和小热膨胀系数确保了频率的稳定准确。

❒ 时钟电路中的应用

在时钟电路中，晶振扮演着至关重要的角色，为显卡、网卡、主板等配件提供基准频率，犹如一把精准的标尺。晶振在时钟电路中提供基准频率，支持显卡、网卡、主板等设备的稳定运行。随着制造工艺的提升，晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率及密封性等技术指标均表现优异，故障率已大大降低。但在选用时，仍需关注晶振的质量，以确保其稳定性和可靠性。

02晶振的应用场景❒ 微控制器中的应用

此外，晶振在微控制器中有着广泛的应用。其时钟源配置通常包括基于机械谐振器件如晶振和陶瓷谐振槽路的振荡器，以及RC(电阻、电容)振荡器。晶振在微控制器中作为时钟源配置，提供高初始精度和低温度系数;相较于RC振荡器，具有更稳定的性能。前者能提供高初始精度和低温度系数，而后者启动迅速、成本低廉，但精度在环境条件和电路元件选择的影响下可能有所变化。因此，在选择和使用时需综合考虑各种因素，以确保晶振能够稳定地发挥其功能。

❒ 谐振条件与电容匹配

为了满足谐振条件，晶体元件的负载电容是一个关键概念。晶振工作中，晶体的负载电容需被满足以实现谐振。它指的是在电路中跨接在晶体两端的总外界有效电容，也就是晶振正常工作所需的外界电容。通常，外接电容的目的是使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。并非所有晶体振荡电路都需要匹配电容，是否需要取决于振荡电路的具体形式。在分析时，应采用晶体的等效模型来理解这一过程。

03振荡器选择与注意事项❒ 环境因素影响

影响振荡器工作的环境因素包括电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。振荡器工作会受到电磁、机械振动、湿度和温度等外界因素的影响，导致频率不稳定甚至停振。这些因素可能导致输出频率变化，增加不稳定性，甚至可能造成振荡器停振。然而，通过使用振荡器模块，可以有效地避免这些问题。这些模块不仅自带振荡器，还提供低阻方波输出，并在一定条件下保证稳定运行。

❒ 功耗与接地问题

在选择振荡器时，功耗也是一个需要考虑的因素。不同类型振荡器的功耗差异显著，分立振荡器的功耗受反馈放大器电源电流和电容值影响较大，接地设计对谐振回路的稳定也至关重要。分立振荡器的功耗主要受到反馈放大器的电源电流和电路内部电容值的影响。相比之下，晶振模块和硅振荡器的功耗则相对较低。接地问题在晶体振荡电路中同样重要。晶体旁边的两个电容接地，实际上构成了电容三点式电路的分压作用。接地点的选择至关重要，因为它直接影响到分压的效果。以接地点为参考，振荡引脚的输入和输出呈现反相关系。然而，从并联谐振回路即石英晶体两端来看，这个正反馈机制保证了电路的持续振荡。

晶振，作为LED智能电视的“精准脉搏”，为设备提供稳定的时钟信号，确保每一帧画面、每一段声音、每一次网络连接都能流畅运行。无论是高清画质的呈现，还是智能功能的快速响应，晶振都在背后默默支撑。本文将深入探讨晶振在LED智能电视中的技术应用，并介绍晶科鑫SJK晶振的卓越解决方案。

什么是晶振?

晶振，全称石英晶体振荡器，是一种电子元件，用于产生精确的时钟信号。在现代电子设备中，晶振就像心脏一样，为设备提供稳定的节拍。

晶振在LED智能电视中的核心作用

智能电视作为集成了众多先进技术的电子产品，对时钟信号的精度要求极高。晶振的稳定性直接影响到电视的图像、声音质量，以及各种智能功能的正常运行。

1、 图像质量： 晶振的频率稳定性直接影响到图像的刷新率，频率不稳定会导致图像抖动、撕裂等问题。

2、声音质量： 晶振的频率精度影响到音频信号的采样率，进而影响到声音的清晰度和保真度。

3、 智能功能： 智能电视的各种智能功能，如语音识别、图像处理、网络连接等，都需要精确的时钟信号来协调工作。

晶振

LED智能电视常用晶振型号及作用

·32.768KHz晶振： 主要用于实时时钟(RTC)，控制电视的时间显示。

· 24MHz晶振： 用于主芯片的时钟源，影响电视的整体工作。

· 24.576MHz晶振： 主要用于音频部分，影响声音输出质量。

· 25MHz晶振： 常用于网络模块，影响网络连接的稳定性。

· 26MHz晶振： 主要用于无线模块，影响无线连接的性能。

· 27MHz晶振： 用于视频处理模块，影响图像显示效果。

晶振故障对电视的影响

如果电视机中的晶振出现故障，可能会导致以下问题：

· 无法开机

· 图像不稳定

· 声音失真

· 网络连接不稳定

· 智能功能失效

LED智能电视主板晶振常用晶振为49S系列晶振，而高端系列主板则常用性能更为稳定的SMD贴片晶振。

晶振的工作原理

1、压电效应

晶振的核心原理是压电效应。当在晶体上施加压力时，晶体内部会产生电荷;反之，当在晶体上施加电场时，晶体会产生机械变形。利用这一特性，晶振能够在电场作用下产生稳定的振荡频率。常见的压电晶体材料包括石英晶体、陶瓷晶体等，其中石英晶体因其稳定的物理特性和高精度而被广泛应用。

2、振荡电路

晶振通常与振荡电路配合使用。振荡电路为晶振提供必要的激励信号，使其能够持续振荡。常见的振荡电路包括并联振荡电路和串联振荡电路。并联振荡电路适用于高频应用，而串联振荡电路则适用于低频应用。通过合理设计振荡电路，可以优化晶振的性能，提高其频率稳定性。

晶振的特性

1、频率稳定性

频率稳定性是晶振最重要的特性之一。它表示晶振在不同环境条件下(如温度、湿度、电源电压等)保持频率不变的能力。高精度晶振通常采用温度补偿技术(如温补晶振TCXO)或恒温控制技术(如恒温晶振OCXO)，以提高其频率稳定性。例如，OCXO可以在极端温度条件下保持极高的频率稳定度，适用于对精度要求极高的应用场景，如卫星通信和精密测量。

2、相位噪声

相位噪声是衡量晶振频率抖动的重要指标。它反映了晶振输出信号的短期稳定性。低相位噪声的晶振能够提供更纯净的时钟信号，减少信号传输中的抖动和误码率。在通信系统中，低相位噪声的晶振对于提高信号质量和通信带宽至关重要。

3、功耗

功耗是晶振在实际应用中需要考虑的重要因素。低功耗晶振能够有效延长电子设备的续航时间，尤其适用于便携式设备和物联网终端。随着技术的进步，低功耗晶振的性能不断提升，如采用先进的电路设计和低电压驱动技术，使其在保持高性能的同时降低功耗。

晶振的选型要点

1、频率范围

晶振的频率范围应根据具体应用需求选择。不同的电子设备对时钟信号的频率有不同的要求。例如，计算机系统通常需要高频晶振(如100MHz以上)，而一些低功耗传感器可能只需要低频晶振(如32.768kHz)。

2、精度要求

根据应用的精度要求选择合适的晶振类型。对于高精度应用，如卫星导航和精密测量，应选择恒温晶振(OCXO)或高精度温补晶振(TCXO)。对于一般应用，普通晶振(如无源晶振或有源晶振)即可满足需求。

3、封装形式

晶振的封装形式应根据电子设备的尺寸和安装方式选择。常见的封装形式包括SMD(表面贴装)和DIP(双列直插)。SMD封装的晶振体积小，适用于高密度安装;DIP封装的晶振则便于手工焊接和调试。