對于我們一些電路設計工程師來說,知道石英晶振在電路有著非常重要的作用,很想深入的了解晶振具體在電路中起到什么作用?跟時序又具體是什么關系?為什么同一個板子需要不同的幾個晶振等等;通過網絡去查找相關資料,查到的要么太理論、要么就是專門的晶振制造和晶振參數指標等資料,未能實際就應用作出比較詳細的解釋。以下是我們收集的一些關于類似這些方面的問題作出的解釋,希望能幫到剛接觸晶振的工程師們。
第一,晶振在電路的具體作用:
大家都知道CPU運行時是一步一步的,每“一步”執行一條指令,那么 這個“一步”的判斷依據就是來自晶振。低端CPU的運行速度由晶振直接決定,高端CPU的運行速度由晶振倍頻后產生時鐘決定。比如, 89C51的經典晶振是11.0592MHz,其運行頻率是11.0592MHz/12;
PC機的奔騰、酷睿等CPU也是用晶振的,倍頻N倍后可到GHz。
第二, 時序跟晶振的關系
時序的細化就是“依賴時鐘進行運作的順序”,而時鐘就是由晶振產生的,晶振和時序兩者沒有直接聯系。時序更多的是涉及一組信號之間的關系而已,所以晶振只是扮演一個時鐘信號的提供者。
第三, 同一塊板不同晶振的關系
不同的CPU或者不同的芯片,都有其標準定制的運行頻率,所以需要不同的晶振。比如,USB1.1需要的是48MHz時鐘進行分頻,那么一般需要12MHz晶振,倍頻4倍得到48MHz。RTC時鐘需要比較準確的1S(1秒)定時,所以需要32.768KHz的晶振。
第四, 既然時鐘頻率可以進行倍頻和分頻,為什么不可以做固定選擇呢?如USB1.1需要的是48MHz時鐘進行分頻,那么一般需要12MHz晶振,倍頻4倍得到48MHz。為什么不直接用48MHz晶振,而要選擇倍頻?
這個問題很關鍵,具體是選用基頻的還是倍頻的,其實這也是涉及多方面的因素,有成本的問題,有電路的問題,通常高頻晶振容易對外圍電路或受到外圍電路的影響,所以PCB layout時需要注意;其次,高頻晶振制造難度大,其成本也必然高,由于晶振的頻率根厚度成反比,所以頻率越高,晶片就越薄,不僅石英晶片制作成本高,使用時也會因為一些問題帶來不利因素,不過所有的都不是是絕對的,很多電路采用50M甚至更高頻率的晶振,所以至于如何選擇應該根據芯片方案及實際應用情況來確定。
第五, 為什么實時時鐘晶振都是用32.768KHZ晶振的呢?
這是因為RTC時鐘需要比較準確的1S(1秒)定時,數字電路都是用2進制表示數字,32768表示為1000000000000000(15個零),這樣只要檢測到最高位變化,就知道1秒了,不要檢查每個位,電路簡單。某些其它頻率可以,可是就是沒有32.768KHZ 實現的容易和準確了。
第六, 時鐘就一定是用晶振的嗎?
這可不是一定的,在還沒有石英晶振前,產生時是用RC、LC等振蕩電路實現的,只是它們的精度不高而已。如果要進行無線數據或圖像的傳輸,就必須用到更高精度的石英晶振才可以。另外當前很多單片機也已經可以不要晶振,就是使用了內部的RC振蕩電路。
第七,分頻和倍頻電路之間的區別
分頻電路是數字電路,在實現上只要一個計數器加一個比較器就可以了;倍頻電路是模擬電路,一般是PLL實現,實現M、N在一定范圍內的M/N的倍頻或分頻,比較復雜,而且對電路電源的干擾敏感,所以分頻是用在數字電路當中,倍頻是屬于模擬電路,分頻比較簡單,倍頻電路復雜,兩者用法不一樣,難易有別。
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