在單片機(jī)中，時(shí)鐘就如同人類的心臟一般，為單片機(jī)提供工作的節(jié)拍。在單片機(jī)中晶振是普遍存在的。晶振為什么如此必要，原因在于單片機(jī)能否正常工作的必要條件之一就是時(shí)鐘電路。晶振好比單片機(jī)的心臟，如果沒(méi)有心臟起跳，單片機(jī)無(wú)法工作。當(dāng)然，電子電路設(shè)計(jì)并非速度越快越好，實(shí)際上是速度夠用就好，速度越快越容易受干擾，也容易成為影響外界的干擾源。

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)，晶振呈現(xiàn)為感性，簡(jiǎn)單理解就是等效為一個(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)有變化，這個(gè)振蕩器的頻率也能保持相對(duì)的穩(wěn)定，展現(xiàn)出高Q值。晶振在通過(guò)一定的外接電路生成頻率和峰值穩(wěn)定的正弦波，該正弦波在單片機(jī)內(nèi)部調(diào)理電路整形下成為方波，作為單片機(jī)內(nèi)部時(shí)序電路工作的時(shí)鐘信號(hào)。

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。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候經(jīng)常會(huì)看見(jiàn)MCU的管腳有OSC1和OSC2，一般會(huì)連兩個(gè)電容CL1和CL2，CL1和CL2是否就是負(fù)載電容呢?其實(shí)它們只是負(fù)載電容的一部分，而且大家要注意到，CL1和CL2從晶振來(lái)看它們是串聯(lián)的，只不過(guò)它們之間有一個(gè)公共點(diǎn)接地。真正的負(fù)載是CL1和CL2，MCU OSC1/OSC2這兩個(gè)管腳自身對(duì)地的寄生電容COSC1,COSC2,MCUOSC1/OSC2這兩個(gè)管腳之間的雜散電容CS，還有一個(gè)是晶振本身的C0，這幾部分共同組成了真正的負(fù)載。

晶體負(fù)載電容和頻偏之間的關(guān)系

負(fù)載電容(load capacitance)主要影響負(fù)載諧振頻率和等效負(fù)載諧振電阻，它與石英諧振器一起決定振蕩器的工作頻率，通過(guò)調(diào)整負(fù)載電容，一般可以將振蕩器的工作頻率調(diào)到標(biāo)稱值。應(yīng)用時(shí)我們一般外接電容，便是為了使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容，對(duì)于要求高的場(chǎng)合還要考慮ic輸入端的對(duì)地電容，這樣便可以使得晶振工作的頻率達(dá)到標(biāo)稱頻率。

負(fù)載電容常用的標(biāo)準(zhǔn)值有12.5 pF，16 pF，20 pF，30pF,負(fù)載電容和諧振頻率之間的關(guān)系不是線性的，負(fù)載電容變小時(shí)，頻率偏差量變大;負(fù)載電容提高時(shí)，頻率偏差減小。

晶振負(fù)載電容外匹配電容CL1及CL2計(jì)算，如果晶振兩端的等效電容與晶振標(biāo)稱的負(fù)載電容存在差異時(shí)，晶振輸出的諧振頻率將與標(biāo)稱工作的工作頻率產(chǎn)生一定偏差(又稱之為頻偏)，所以合理匹配合適的外加電容使晶振兩端的等效電容等于或接近負(fù)載電容顯得十分重要。

假設(shè)我們需要計(jì)算的電路參數(shù)如下所述。芯片管腳的輸入電容如圖三CN56XX所示，Ci=4.8pF;所需要采用的晶體規(guī)格如圖二所示，標(biāo)稱負(fù)載電容CL=12.5pF，晶體的寄生電容CS=0.85pF。

晶振電路設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)：

1、使晶振、外部電容器(如果有)與 IC之間的信號(hào)線盡可能保持最短。當(dāng)非常低的電流通過(guò)IC晶振振蕩器時(shí)，如果線路太長(zhǎng)，會(huì)使它對(duì) EMC、ESD 與串?dāng)_產(chǎn)生非常敏感的影響。而且長(zhǎng)線路還會(huì)給振蕩器增加寄生電容。

2、盡可能將其它時(shí)鐘線路與頻繁切換的信號(hào)線路布置在遠(yuǎn)離晶振連接的位置。

3、當(dāng)心晶振和地的走線

4、將晶振外殼接地

如果實(shí)際的負(fù)載電容配置不當(dāng),第一會(huì)引起線路參考頻率的誤差.另外如在發(fā)射接收電路上會(huì)使晶振的振蕩幅度下降(不在峰點(diǎn)),影響混頻信號(hào)的信號(hào)強(qiáng)度與信噪. ，當(dāng)波形出現(xiàn)削峰,畸變時(shí),可增加負(fù)載電阻調(diào)整(幾十K到幾百K).要穩(wěn)定波形是并聯(lián)一個(gè)1M左右的反饋電阻。