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如果要在電子產(chǎn)品中找到類似人體心臟的細(xì)節(jié)，我第一個(gè)想到的就是晶振。電子產(chǎn)品的CPU能夠有條不紊的運(yùn)行，除了電源供給能量之外，晶振功不可沒，它的作用就是能夠給CPU提供時(shí)鐘頻率，特點(diǎn)就是穩(wěn)定性極高。
接下來我們就來說說這個(gè)小玩意兒到底是怎么工作的。
晶振的英語是Crystal，她的意思是晶體、水晶，晶振的種類繁多，這是它的結(jié)構(gòu)示意圖，由外殼和他的兩個(gè)引腳組成，在引腳附近的是絕緣體，作用是防止引腳和金屬外路。
中間是覆銀層，當(dāng)給覆銀層加上電壓之后，兩個(gè)銀層之間會(huì)形成電場，覆銀層中間是石英晶體，也是這個(gè)晶振的核心，這一塊兒石英晶體是按照一定方位從二氧化硅上切下來的薄片，形狀為矩形或者圓形。
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晶振能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率，主要利用的是石英晶體的壓電效應(yīng)。當(dāng)我們給石英晶體施加電壓時(shí)，石英晶體就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，變形之后就會(huì)產(chǎn)生電壓，以此往復(fù)。
我們不停地給石英晶體交變的電壓，它就能產(chǎn)生穩(wěn)定的振動(dòng)頻率，以下是晶振的電路符號(hào)，這是它的等效電路。
當(dāng)我們輸入信號(hào)的頻率等于諧振頻率時(shí)，可以把LC串聯(lián)阻抗看做0，此時(shí)稱為串聯(lián)諧振，當(dāng)發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí)，它的整體阻抗很小，而發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)它的整體阻抗很大。晶振就是工作在串聯(lián)諧振或者并聯(lián)諧振的情況下。
既然LC等效電路也能發(fā)生這樣的諧振，那是不是可以用LC等效電路替代晶振？當(dāng)然不可以，有一個(gè)評(píng)價(jià)的指標(biāo)叫做品質(zhì)因數(shù)，品質(zhì)因數(shù)越大越好，LC電路的品質(zhì)因數(shù)只有幾百，而晶振的品質(zhì)因數(shù)卻高達(dá)幾十萬上百萬。
還有一個(gè)疑惑的地方就是需要給晶振交變的電壓，我們知道CPU的時(shí)鐘源頭來自晶振，那又有誰負(fù)責(zé)給晶振交變的電壓呢？這得靠振蕩電路來實(shí)現(xiàn)了。
這是一個(gè)皮爾斯振蕩電路，黃色部分是一個(gè)反向器，它兼具把信號(hào)放大的作用，在它的輸出端能輸出穩(wěn)定的頻率，而是靠一個(gè)晶振是不能輸出穩(wěn)定的頻率，它必須搭配振蕩電路才可以正常工作。
這個(gè)皮爾斯振蕩電路很常見，比如單片機(jī)的外圍晶振電路就是利用了皮爾斯振蕩電路，在單片機(jī)內(nèi)部集成了一個(gè)反向器和一個(gè)電阻，所以這個(gè)晶振能正常工作。
這個(gè)電路之所以能起振，依靠的是電路里面的噪聲。當(dāng)這個(gè)反相器剛上電時(shí)，放大了各種頻率的噪聲信號(hào)，然后這個(gè)信號(hào)會(huì)傳輸給晶振，而晶振只允許頻率等于諧振頻率的信號(hào)通過，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)的選擇。
可以把晶振的作用看作是濾波，濾掉不是諧振信號(hào)的頻率，等于諧振信號(hào)的頻率被反饋到了輸入端，又一次被放大，以此往復(fù)，這個(gè)振蕩電路就能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率，這就是晶振的工作原理，CPU的時(shí)鐘源就是這么產(chǎn)生的。
常見的晶振有這些頻率，上述我們講的都是無源晶振，還有一種是有源晶振，還有四個(gè)引腳，只不過把這些電路做成了一個(gè)芯片，把芯片和晶振封裝到了一個(gè)殼子里面，它其實(shí)就是一個(gè)振蕩器，這樣我們給他通上電，它就能發(fā)出穩(wěn)定的頻率了。
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