晶振的应用

引子 — 硬件调试

最近给一块新板子烧录程序,一直不成功,用了很多时间想办法去解决,最后发现是晶振的问题。现在回过头来想想,发现走了太多弯路,晶振是否正常本应该一开始就去确认的。
所以这次的血泪教训我得总结下来,多少要让自己有点进步。
拿到一块新板子验证其硬件的正确性,要按照从上往下的思路去看,不要一开始就去找哪个电阻、电容有没有问题,这样效率很低,也没什么技术含量。
首先要做以下几步,确保板子硬件大环境上没有问题:
1. 看下 IC 的焊接有无问题,位置有没有焊反
2. 使用万用表测试,确保地和电源无短路。免得接上稳压电压进行下一步测试的时候,烧毁电路板。
3. 接上稳压电源,查看各个电压输出都是否正常。
4. 看晶振是否焊接正确、是否短路,有些 IC 上电后晶振就会起振,这时可用示波器看输出频率是否正确。
前面这四步做完,基本可以保证板子的硬件大环境是ok的,然后再分别测试各个模块,检查硬件问题。
下面是在晶振的应用当中总结的知识点,只说贴片晶振

晶振规格

在实际应用中首当其冲碰到的就是规格问题
1. 2脚的贴片晶振一定是无源晶振
2. 4脚的贴片晶振可能是无源晶振,也可能是有源晶振
3. 4脚以上的贴片晶振一定是有源晶振
4. 有源晶振本身印字左下角有个点
5.常见的贴片晶振规格有5032(5.0*3.2mm)、3225(3.2*2.5mm)、2520(2.5*2.0mm)、2012(2.0*1.2mm)

晶振脚位区分

再一个问题就是当我们使用贴片晶振的时候通常会遇到如下情况,四脚贴片晶振不知道如何区分脚位。
无源晶振在四脚的情况下,只有两个脚是功能脚,另外两脚是悬空的,一般接地。我们称之为1、2、3、4脚。区分哪个是1脚很简单,晶振四个焊盘中有一个引脚是有缺口的,这便是1脚,斜对角的便是3脚,这俩是功能引脚,剩下的2、4脚接地。从俯视的角度看四个引脚的顺序1、2、3、4是逆时针顺序。
这里要特别注意,即使是这样,四脚的贴片晶振仍有两种不同的引脚顺序,如下图
这里写图片描述
这里写图片描述

这两种类型晶振脚位差别可以用下面这份图清晰的表示出

这里写图片描述

所以画PCB封装和备料一定要对应。
无源晶振的1、3脚位没有方向之分,可以随便接。
有源晶振印字左下角有个点,这个点所处的位置就是脚1,俯视看1、2、3、4引脚同样是逆时针顺序。

负载电容和频偏的概念:

晶振的频率和负载电容会直接影响IC的工作性能。对于有射频功能的芯片来讲,阻抗匹配是调节发射功率的,而发射功率峰值所在的频率,是和频偏有关,而频偏正是由芯片内 部的振荡电路和晶振的负载电容共同决定的。
这里写图片描述

示波器看无源晶振波形

用示波器看无源晶振波形时,示波器探头的一端接地,另一端接晶振的1或3引脚。

XTAL

XTAL表示外部晶振(或外接晶振)(External Crystal Oscillator)。而外部晶振常常连接至单片机的引脚,常常使用XTAL加上数字表示连接外部晶振。
百度百科中对于XTAL概念描述如下:
XTAL1:接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端;若使用外部时钟时,该引脚接地或悬空。
XTAL2:接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器反相放大器的输出;若使用外部时钟时,该引脚接外部时钟的输入。
在使用的一个数据手册中对于引脚XTAL1、XTAL2描述如下:
XTAL1:XTAL input
XTAL2:XTAL output
在另一份芯片数据手册中时钟管脚定义为XIN、XTAL,又有如下描述:
XIN:26M crystal input
XTAL:26M crystal output
虽然在上述的描述中对于时钟管脚都有输入输出之分(具体为什么会有输出输出之分,现在还不懂),但在实际应用中接无源晶振的1、3引脚时可以随便接,无方向之分。
晶振的外壳是否都直接接地?
Notes:
一般用 XTAL 都是两个接口,用于接无源晶振
如果芯片引脚是单端接口 CLKIN,一般是接有源晶振

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