一文搞懂晶振和锁相环

本文主要是介绍一文搞懂晶振和锁相环，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

.晶振

晶振为单片机工作产生时钟频率，不同子系统需要不同频率时，用锁相环提供所需要的时钟频率。

1.晶体（crystal）与晶振（oscillator）:

1.晶振=振荡器=有源晶振=oscillator 电路上一般简写为XO

晶体=谐振器=无源晶振=crystal 电路上一般简写为XTAL

2.晶体为无源的，一般两个管脚，需要起振电路（如MCU外接晶体+起振电容C1、C2）才可起振；

晶振为有源的4引脚，里面包含了晶体+起振电路，只需供电便可产生震荡信号。

3.晶体、晶振的区别就是在于有没有时钟电路；当用外部晶体时，MCU内部提供时钟电路，构成有源晶振；当用外部有源晶振时，直接将时钟输出引脚接到MCU。

2.内部时钟（就是时钟信号）与外部时钟

内：由于MCU内部有振荡电路，所以外部只用接一个晶振和两个电容即可！构成自激振荡器，发出的脉冲信号直接送入内部时钟电路。

外：将外部时钟产生电路产生的振荡脉冲接入XTAL1与XTAL2，即把时钟信号引入MCU内部。

3.外部晶体（external crystal）与外部时钟（external clock）

外部晶体：就是时钟信号产生电路在MCU内部，只是用了一个外部晶体；

外部时钟：时钟产生电路在外部。

4.外部晶振与内部晶振对比：

外：f精度高，受温度影响小，低功耗

内：f精度低，受温度影响大，成本低，在不涉及串口通信和精度要求不高时可以使用。

5.参数

标称频率（Normal Frequency）

晶振的标准频率，26MHz，32.768KHz等。

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。

负载电容的值由如下公式计算：CL=C1*C2/(C1+C2)+CS，CL为晶振的负载电容值， CS为电路板的寄生电容，一般取3-5pf。取C1=C2，公式可简化成：CL=C1/2+CS。

一般情况下，增大负载电容值，会使震荡频率下降；减小负载电容值，会使振荡频率上升。

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

6.PCB注意

1. 两个匹配电容尽量靠近晶振摆放。

2. 晶振由石英晶体构成，容易受外力撞击或跌落的影响，所以在布局时，最好不要放在PCB边缘，尽量靠近芯片摆放。

3.晶振的走线需要用GND保护好，并且远离敏感信号如RF、CLK信号以及高速信号。

2.锁相环

PLL(phase-locked loop)，即锁相环。外部的输入信号与内部的振荡信号同步，利用锁相环路就可以实现这个目的。是一种反馈控制电路。

锁相环PLL是由一个鉴相器（PD）、低通滤波器（LPF）和压控振荡器（VCO）组成。

通过鉴相器检测输出信号（反馈信号F0）和输入信号（参考信号）之间的相位差，并转化相位差成正比的电压信号，经过低通环路滤波器对电压信号进行滤波出来, 去除噪声和抖动，电压控制振荡器根据滤波后的电压信号调整输出信号的频率和相位, 使输出信号逐渐接近输入信号(基准信号)的相位，当输出信号与输入信号的相位达到同步时, 锁相环进入锁定状态, 系统维持稳定度相位同步。

鉴相器（PD）

一个是晶振的输入信号，另外一个就是VCO的输出，鉴相器会把两个信号进行比较，如果这两个信号存在相位差异。比如 f2 滞后 f1 ,则鉴相器就会在存在差异的这一段进行输出。鉴相器不停的调制输出的电压，这样就会使得两个相位快速保持一致。fr>fo时，此时的相位比较器的输出PD会产生正脉波信号，使VCO的振荡器频率提高。相反地，如果fr<fo时，会产生负脉波信号。