微控制器的時(shí)鐘源可以分為兩類：基于機(jī)械諧振器件的時(shí)鐘源，如晶振、陶瓷諧振槽路;基于相移電路的時(shí)鐘源，如：RC (電阻、電容)振蕩器。硅振蕩器通常是完全集成的RC振蕩器，為了提高穩(wěn)定性，包含有時(shí)鐘源、匹配電阻和電容、溫度補(bǔ)償?shù)取?

  機(jī)械式諧振器與RC振蕩器的主要區(qū)別

  基于晶振與陶瓷諧振槽路(機(jī)械式)的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。相對(duì)而言，RC振蕩器能夠快速啟動(dòng)，成本也比較低，但通常在整個(gè)溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會(huì)在標(biāo)稱輸出頻率的5%至50%范圍內(nèi)變化。圖1所示的電路能產(chǎn)生可靠的時(shí)鐘信號(hào)，但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇以及振蕩器電路布局的影響。需認(rèn)真對(duì)待振蕩器電路的元件選擇和線路板布局。在使用時(shí)，陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負(fù)載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進(jìn)行優(yōu)化。具有高Q值的晶振對(duì)放大器的選擇并不敏感，但在過驅(qū)動(dòng)時(shí)很容易產(chǎn)生頻率漂移(甚至可能損壞)。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有：電磁干擾(EMI)、機(jī)械震動(dòng)與沖擊、濕度和溫度。這些因素會(huì)增大輸出頻率的變化，增加不穩(wěn)定性，并且在有些情況下，還會(huì)造成振蕩器停振。

  振蕩器模塊

  上述大部分問題都可以通過使用振蕩器模塊避免。這些模塊自帶振蕩器、提供低阻方波輸出，并且能夠在一定條件下保證運(yùn)行。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成硅振蕩器。晶振模塊提供與分立晶振相同的精度。硅振蕩器的精度要比分立RC振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取?

  功耗

  選擇振蕩器時(shí)還需要考慮功耗。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。CMOS放大器功耗與工作頻率成正比，可以表示為功率耗散電容值。比如，HC04反相器門電路的功率耗散電容值是90pF。在4MHz、5V電源下工作時(shí)，相當(dāng)于1.8mA的電源電流。再加上20pF的晶振負(fù)載電容，整個(gè)電源電流為2.2mA。

  陶瓷諧振槽路一般具有較大的負(fù)載電容，相應(yīng)地也需要更多的電流。

  相比之下，晶振模塊一般需要電源電流為10mA至60mA。

  硅振蕩器的電源電流取決于其類型與功能，范圍可以從低頻(固定)器件的幾個(gè)微安到可編程器件的幾個(gè)毫安。一種低功率的硅振蕩器，如MAX7375，工作在4MHz時(shí)只需不到2mA的電流。

  時(shí)鐘電路晶振與時(shí)鐘IC芯片

  主板時(shí)鐘芯片電路提供給CPU，主板芯片組和各級(jí)總線(CPU總線，AGP總線，PCI總線，PCIE總線等)和主板各個(gè)接口部分基本工作頻率，有了它，計(jì)算機(jī)才能在CPU控制下，按步就班，協(xié)調(diào)地完成各項(xiàng)功能工作：

  1.晶振的工作原理： 主板時(shí)鐘芯片即分頻器的原始工作振蕩頻率，由石英晶體多諧振蕩器的諧振頻率來產(chǎn)生，晶振其實(shí)是一個(gè)頻率產(chǎn)生器，他主要把傳進(jìn)去的電壓轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)。提供給分頻率一個(gè)基準(zhǔn)的14.318MHZ的振蕩頻率，它是一個(gè)多諧振蕩器的正回饋環(huán)電路，也就是說它把輸入作為輸出，把輸出作為輸入的回饋頻率，象這樣一個(gè)永無休止的循環(huán)自激過程。

  ⒉在主板上常見的時(shí)鐘晶振：有14.318M(主時(shí)鐘)與32.768HZ(南橋 旁邊的時(shí)鐘)

  ⒊時(shí)鐘IC芯片簡介：他主要起著放大頻率和縮小頻率的作用，他和晶振組合后才能在主板上起作用。我們把他稱做為時(shí)鐘發(fā)生器(晶振+時(shí)鐘IC芯片)

  ⒋時(shí)鐘發(fā)生器的工作原理：時(shí)鐘我們可以把他定義為各個(gè)部件的總線頻率速度，他起著分配給各個(gè)部件的頻率使他們能夠正常工作。當(dāng)晶振通電后發(fā)出的頻率送入時(shí)鐘IC芯片，它的各腳會(huì)傳出相對(duì)應(yīng)的頻率通個(gè)時(shí)鐘IC芯片旁邊的電阻(時(shí)鐘IC芯片旁邊左右兩邊一排的小電阻基本為220=22歐，330=33歐).而內(nèi)存，與AGP這些高速的時(shí)鐘是由北橋內(nèi)部提供給它的，(注有些主板AGP時(shí)鐘不是由北橋提供的)將頻率信號(hào)分配到主板各個(gè)部件,如(PCI 33M，CPU 100M133M200M I/O 48M和14M，南橋33M &14M北橋100M7&133M&200M

  時(shí)鐘IC芯片

  上面講到了時(shí)鐘的產(chǎn)生，那他是如何工作的接下來我給大家講解一下時(shí)鐘IC芯片.時(shí)鐘IC芯片的工作條件：

  ①.供電→他的供電基本上都經(jīng)過個(gè)子較大的貼片電感進(jìn)入時(shí)鐘IC芯片(貼片電感時(shí)鐘IC芯片附近就可以找到 因?yàn)樗绕渌忠稽c(diǎn))。時(shí)鐘IC芯片早期的供電有2組到3組：2組供電為2.5V與3.3V 3組供電為2.5V與2.8V時(shí)鐘IC芯片后期的供電有1組到2組：1組為+3.3V 2組為3.3V與2.5V

  ②PG信號(hào)是在啟動(dòng)時(shí)輸出電壓都穩(wěn)定后再給電腦一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，讓電腦正式啟動(dòng)，而在意外斷電時(shí)也能及時(shí)地送出關(guān)機(jī)信號(hào)讓電腦馬上停止工作，對(duì)電腦的穩(wěn)定和外設(shè)起了很大的保護(hù)作用。PG信號(hào)基本是通過時(shí)鐘IC芯片旁邊的阻值較大的電阻(10K、4.7K電阻)進(jìn)入時(shí)鐘IC芯片內(nèi)部的(PG要高于1.5V)當(dāng)供電與PG都正常后時(shí)鐘IC芯片內(nèi)部才能正常工作，和晶體一起產(chǎn)生振蕩，在晶體的兩腳均可以看到波形。晶體的兩腳之間的阻值在450---700歐之間。在它的兩腳各有1V左右的電壓，由分頻器提供。他才能把14.318晶振送來的時(shí)鐘頻率放大或縮小后輸給主板的各個(gè)部件.

  時(shí)鐘電路構(gòu)架

  上面大家知道了它的各個(gè)主成部分后，再來看看它的整個(gè)構(gòu)架圖

  PLL是Phase-LockedLoop的縮寫，中文含意為鎖相環(huán)。PLL基本上是一個(gè)閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)，它可以使PLL的輸出可以與一個(gè)參考信號(hào)保持固定的相位關(guān)系。PLL一般由鑒相器、電荷放大器(ChargePump)、低通濾波器、壓控振蕩器、以及某種形式的輸出轉(zhuǎn)換器組成。為了使得PLL的輸出頻率是參考時(shí)鐘的倍數(shù)關(guān)系，在PLL的反饋路徑或(和)參考信號(hào)路徑上還可以放置分頻器。PLL的功能示意圖如下圖所示：

  壓控振蕩器產(chǎn)生周期性的輸出信號(hào)，如果其輸出頻率低于參考信號(hào)的頻率，鑒相器通過電荷放大器改變控制電壓使壓控振蕩器就的輸出頻率提高。如果壓控振蕩器的輸出頻率高于參考信號(hào)的頻率，鑒相器通過電荷放大器改變控制電壓使壓控振蕩器就的輸出頻率降低。低通濾波器的作用是平滑電荷放大器的輸出，這樣在鑒相器進(jìn)行微小調(diào)整的時(shí)候，系統(tǒng)趨向一個(gè)穩(wěn)態(tài)。

  負(fù)載電容及反饋電阻

  可能有些初學(xué)者會(huì)對(duì)晶振的頻率感到奇怪，12M、24M之類的晶振較好理解，選用如11.0592MHZ的晶振給人一種奇怪的感覺，這個(gè)問題解釋起來比較麻煩，如果初學(xué)者在練習(xí)串口編程的時(shí)候就會(huì)對(duì)此有所理解，這種晶振主要是可以方便和精確的設(shè)計(jì)串口或其它異步通訊時(shí)的波特率。

  問： 我發(fā)現(xiàn)在使用晶振時(shí)會(huì)和它并一個(gè)電阻,一般1M以上,我把它去掉,板子仍可正常工作,請(qǐng)問這個(gè)電阻有什么用?可以不用嗎? 我有看到過不用的!不理解~

  答：這個(gè)電阻是反饋電阻，是為了保證反相器輸入端的工作點(diǎn)電壓在VDD/2，這樣在振蕩信號(hào)反饋在輸入端時(shí)，能保證反相器工作在適當(dāng)?shù)墓ぷ鲄^(qū)。雖然你去掉該電 阻時(shí)，振蕩電路仍工作了。但是如果從示波器看振蕩波形就會(huì)不一致了，而且可能會(huì)造成振蕩電路因工作點(diǎn)不合適而停振。所以千萬不要省略此電阻。 這個(gè)電阻是為了使本來為邏輯反相器的器件工作在線性區(qū), 以獲得增益, 在飽和區(qū)是沒有增益的, 而沒有增益是無法振蕩的. 如果用芯片中的反相器來作振蕩, 必須外接這個(gè)電阻, 對(duì)于CMOS而言可以是1M以上, 對(duì)于TTL則比較復(fù)雜, 視不同類型(S,LS...)而定. 如果是芯片指定的晶振引腳, 如在某些微處理器中, 常?？梢圆患? 因?yàn)樾酒瑑?nèi)部已經(jīng)制作了, 要仔細(xì)閱讀DATA SHEET的有關(guān)說明.

  和晶振并聯(lián)的電阻作為負(fù)載，一般1M歐。也有和晶振串聯(lián)的電阻為諧振電阻。

  問：晶振的參數(shù)里有配用的諧振電容值。比如說32.768K的是12.5pF;4.096M的是20pF. 這個(gè)值和實(shí)際電路中晶振上接的兩個(gè)電容值是什么關(guān)系?像DS1302用的就是32.768K的晶振，它內(nèi)部的電容是6pF的

  答：你所說的是晶振的負(fù)載電容值。指的是晶振交流電路中，參與振蕩的，與晶振串聯(lián)或并聯(lián)的電容值。晶振電路的頻率主要由晶振決定，但既然負(fù)載電容參與振蕩，必然會(huì)對(duì)頻率起微調(diào)作用的。負(fù)載電容越小，振蕩電路頻率就會(huì)越高4.096MHz的負(fù)載電容為20pF，說明晶振本身的諧振頻率<4.096MHz，但如果讓20pF的電容參與振蕩，頻率就會(huì)升高為4.096MHz?；蛟S有人會(huì)問為什么這么麻煩，不如將晶振直接做成4.096MHz而不用負(fù)載電容?不是沒有這樣的晶振，但實(shí)際電路設(shè)計(jì)中有多種振蕩形式，為了振蕩反饋信號(hào)的相移等原因，也有為了頻率偏差便于調(diào)整等原因，大都電路中均有電容參與振蕩。為了 準(zhǔn)確掌握晶振電路中該用多大的電容，只要把握晶體負(fù)載電容應(yīng)等于振蕩回路中的電容+雜散電容就可以了。你所說的IC中6pF的電容就可看作雜散電容

  石英晶體振蕩器是利用石英晶體(二氧化硅的結(jié)晶體)的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本結(jié)構(gòu)大致是從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等)，在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳 上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。

  石英晶體的壓電效應(yīng)：若在石英晶體的兩個(gè)電極上加一電場(chǎng)，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。反之，若在晶片的兩側(cè)施加機(jī)械壓力，則在晶片相應(yīng)的方向上將產(chǎn)生電場(chǎng)，這種物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。注意，這種效應(yīng)是可逆的。如果在晶片的兩極上加交變電壓，晶片就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)晶片的機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場(chǎng)。在一般情況下，晶片機(jī)械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，但當(dāng)外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現(xiàn)象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關(guān)。

  晶振在電氣上可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率為串聯(lián)諧振，較高的頻率為并聯(lián)諧振。由于晶體自身的特性致使這兩個(gè)頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個(gè)極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個(gè)電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會(huì)組成并聯(lián)諧振電路。這個(gè)并聯(lián)諧振電路加到一個(gè)負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì)有很大的變化。(相關(guān)閱讀可以查看YXC揚(yáng)興官網(wǎng)《晶振該如何選用電容》)

  晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。

  一般的晶振振蕩電路都是在一個(gè)反相放大器(注意是放大器不是反相器)的兩端接入晶振，再有兩個(gè)電容分別接到晶振的兩端，每個(gè)電容的另一端再接到地，這兩個(gè)電容串聯(lián)的容量值就應(yīng)該等于負(fù)載電容，請(qǐng)注意一般IC的引腳都有等效輸入電容，這個(gè)不能忽略。

  一般的晶振的負(fù)載電容為15p或12.5p ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè)22p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。

  晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振(諧振)的英文名稱不同，無源晶振為crystal(晶體)，而有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確;有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。 

  石英晶體振蕩器與石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻(RR)，諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競爭的一個(gè)重要參數(shù)。