浅谈硬件电路设计中晶体、晶振、负载电容
在硬件电路设计中经常会涉及到时钟信号，具体包含晶体、晶振、有源晶振与无源晶振等。
一、晶体
晶体：英文 crystal，电路上一般会简写为 xtal，需要外加时钟电路才能输出时钟信号，所以一般叫无源晶振，也叫谐振器。
晶体（crystal）是有明确衍射图案的固体，其原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性，隔一定的距离重复出现，这种周期性规律是晶体结构中最基本的特征。
普通的单片机需外接晶体和两个电容，以stm32单片机为例，其osc_in和osc_out是外部时钟源hse的输入引脚，stm32的hse时钟可以使用晶体或者晶振提供时钟源。
1.晶体一般是 2 脚或者 4 脚，2 脚最常见，晶体无极性，直插到pcb板子上，没有接地，精度低，
2.不供电，又称晶体谐振器，需要rc谐振电路才可以起振
二、晶振
晶振，英文 crystal oscillator，电路上一般简写为 xo，内部有时钟电路，供电即可产生时钟信号，所以一般叫有源晶振，也叫振荡器。
晶振一般是 4 脚，1 个 vcc，2 个 gnd，1 个 output。
1.一般4个管脚（电源端、地、输出、还有一个压控或者悬空端子）贴片式
2.又称石英晶体振荡器
3.内部有时钟电路，供电即可产生时钟信号
我们再看一下晶振的种类：
package 石英振荡器，英文 spxo：不施以温度控制及温度补偿的石英振荡器。频率温度特性依靠石英振荡晶体本身的稳定性。
温度补偿石英振荡器，英文 tcxo：附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化之石英振荡器。
电压控制石英振荡器，英文 vcxo：控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英振荡器。
恒温槽式石英振荡器，英文 ocxo：以恒温槽保持石英振荡器或石英振荡晶体在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量之石英振荡器。
可以看到，不管是 vcxo 还是 tcxo，内部都带有电路进行补偿，所以价格上会比晶体贵，质量和准确度也会比晶体高不少，比如 gps 上一般会选用 tcxo。
下面看一下晶振最重要的几个参数：
标称频率（normal frequency）：晶振的标准频率，如 26mhz、32.768khz 等。
频率误差（frequency tolerance）或频率稳定度（frequency stability）：用单位 ppm 来表示，即百万分之一，是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高，1mhz 的晶振，1 个 ppm 就是 1hz 的偏差。
温度频差（frequency stability vs temp）：表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是 ppm。
负载电容 cl：负载电容是指晶振正常工作震荡所需要的电容。为使晶体能够正常工作，需要在晶体两端外接电容，来匹配达到晶体的负载电容。
那负载电容如何确定呢？
计算公式：cl=c1*c2/（c1+c2）+cic+△c
c1 和 c2 为晶振两脚对地电容，称为匹配电容。
cic 为集成电路内部电容，△c 为 pcb 板上电容，一般大小为 3~5pf。
匹配电容一般取 c1=c2=2cl，这样并联起来就接近负载电容 cl 了，在一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高。
如果 crystal 所接的 ic 内部有负载电容，那外部的 c1 和 c2 就不需要了。
一般 ic 的数据手册中会给出负载电容的大小。
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晶体（crystal）是有明确衍射图案的固体，其原子或分子在空间按一定规律周期重复地排列。晶体中原子或分子的排列具有三维空间的周期性，隔一定的距离重复出现，这种周期性规律是晶体结构中最基本的特征。
普通的单片机需外接晶体和两个电容，以stm32单片机为例，其osc_in和osc_out是外部时钟源hse的输入引脚，stm32的hse时钟可以使用晶体或者晶振提供时钟源。
1.晶体一般是 2 脚或者 4 脚，2 脚最常见，晶体无极性，直插到pcb板子上，没有接地，精度低，
2.不供电，又称晶体谐振器，需要rc谐振电路才可以起振
二、晶振
晶振，英文 crystal oscillator，电路上一般简写为 xo，内部有时钟电路，供电即可产生时钟信号，所以一般叫有源晶振，也叫振荡器。
晶振一般是 4 脚，1 个 vcc，2 个 gnd，1 个 output。
1.一般4个管脚（电源端、地、输出、还有一个压控或者悬空端子）贴片式
2.又称石英晶体振荡器
3.内部有时钟电路，供电即可产生时钟信号
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package 石英振荡器，英文 spxo：不施以温度控制及温度补偿的石英振荡器。频率温度特性依靠石英振荡晶体本身的稳定性。
温度补偿石英振荡器，英文 tcxo：附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化之石英振荡器。
电压控制石英振荡器，英文 vcxo：控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英振荡器。
恒温槽式石英振荡器，英文 ocxo：以恒温槽保持石英振荡器或石英振荡晶体在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量之石英振荡器。
可以看到，不管是 vcxo 还是 tcxo，内部都带有电路进行补偿，所以价格上会比晶体贵，质量和准确度也会比晶体高不少，比如 gps 上一般会选用 tcxo。
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标称频率（normal frequency）：晶振的标准频率，如 26mhz、32.768khz 等。
频率误差（frequency tolerance）或频率稳定度（frequency stability）：用单位 ppm 来表示，即百万分之一，是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高，1mhz 的晶振，1 个 ppm 就是 1hz 的偏差。
温度频差（frequency stability vs temp）：表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是 ppm。
负载电容 cl：负载电容是指晶振正常工作震荡所需要的电容。为使晶体能够正常工作，需要在晶体两端外接电容，来匹配达到晶体的负载电容。
那负载电容如何确定呢？
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c1 和 c2 为晶振两脚对地电容，称为匹配电容。
cic 为集成电路内部电容，△c 为 pcb 板上电容，一般大小为 3~5pf。
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