关于晶振和晶体

晶体 (无源晶振)

晶体是小石块 (二氧化硅). 石英晶体是一种压电材料, 这种材料在受力 (压, 拉, 扭曲) 时会产生一个电压; 而对其加电压的话, 它就会扭曲或振动.

关于石英晶体的一个奇妙的事实是: 当加电压时, 一定大小的石英块能一一定的频率振动. 正是由于这个原因, 石英就可以用作振荡器以产生一个正弦波, 反过来也能为微处理器和其他数字电路产生时钟信号.

几乎每台计算机系统在其主板的某个地方都有一个或两个晶体, 用于产生最终驱动整台机器的定时. 这个晶体只是一块石英而已, 它的一端镀了金属, 与金属线相连, 封装在金属罐里.

晶体工作时需要一个驱动电路. 这些晶体实际上不会完全精确的以某个频率振荡, 不过这个问题有法解决, 一种方法是, 大多数处理器 (现在而言, 可以说是几乎所有) 都有内部振荡电路, 你所需要做的只是添加一个外部晶体, 系统即可很好的工作起来. 对于其他芯片, 操作起来并非如此简单, 你需要一个包含晶体和驱动电路的完整的震荡模块, 这就是方法之二, 这种情况下, 你要做的是向它们提供电源和接地, 他们也会很好的运转起来.

时钟和振荡器

所有的微处理器都需要时钟. 所谓的时钟, 就是来自振荡器的输出, 这一输出管理者处理器以及其它与时钟有关的所有的系统事件.

任何处理器都有一个最大和最小时钟频率. 这表明了振荡器能够驱动处理器的频率的范围. 我们说最小时钟速率为零的处理器具有静态操作. 这意味着处理器能够使时钟停下来, 也能在稍候的时刻重新启动操作而不受什么影响. 如果处理器的最小操作频率大于零值, 那么处理器的寄存器的内容有可能被破坏掉.

产生时钟的方式有很多种, 对于以通用频率运行的处理器 (大多数处理器都属于这种, 通用频率如 32 kHz), 最好的选择是采用一个名为振荡器模块的设备. 这个模块包含了晶体和振荡电路 (驱动电路), 我们只需要对其供电与接地.

另一种方式就是使用微控制器 (MCU, 单片机) 内部的振荡电路, 在外部添加一个晶体和旁路电容, 电容用于去除来自振荡的高次谐波.