<p>无论是单片机还是微处理器，它们的核心都是大规模的时序逻辑电路，而驱动时序逻辑电路的动力则是准确而稳定的时钟源——不要小看定语“准确而稳定”哦，实际上人类的科技之所以能如此稳定、高速的发展，就是离不开准确而稳定的时钟源。比如单片机所使用的晶体振荡器，就是一种比较准确的时钟源。</p>
<p>在晶体振荡器之前，振荡源一般是LC振荡电路等电路，但它们会受到外界的影响（振动、温度等），其误差可能达到kHz级别。长时间的工作情况下其准确度也难以保证。无线电和数字电路的发展迫使一种准确且稳定的时钟源诞生，于是就有了晶体振荡器。</p>
<p>将石英晶体按照一定的方式切割，并向其施加电压，它就会在外加电场的作用下开始振动，这种性质被称作“压电性”。这就使得石英晶体拥有了能够与外界的振荡谐振的能力。按照同样的方式切割出来的晶体拥有着相同的振荡频率，这也就使得批量生产石英晶体成为了可能。</p>
<p><img alt="晶体振荡器" data-entity-type="file" data-entity-uuid="3bd0822d-13e4-42a0-9142-a099144633a9" src="/sites/default/files/inline-images/%E6%99%B6%E4%BD%93%E6%8C%AF%E8%8D%A1%E5%99%A8-1.jpg" /></p>
<p>实用的石英晶体振荡器的内部一般是这样的：一片精密切割好的晶体放置在中间，被两片化学处理过的金属氧化物夹在中间，并用结实的金属外壳包装好。这也是为什么晶振的电路图符号是一两个电极夹着一个晶体。典型的石英晶体振荡器的应用电路如下图所示：</p>
<p><img alt="典型的石英晶体振荡器的应用电路" data-entity-type="file" data-entity-uuid="7ff510d2-2990-4b42-9603-b78e29e825ed" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%85%B8%E5%9E%8B%E7%9A%84%E7%9F%B3%E8%8B%B1%E6%99%B6%E4%BD%93%E6%8C%AF%E8%8D%A1%E5%99%A8%E7%9A%84%E5%BA%94%E7%94%A8%E7%94%B5%E8%B7%AF.jpg" /></p>
<p>这种电路被称作皮尔斯振荡器，利用一个反相器来完成电路。下方的两个电容一般取相同的电容值，它们的取值可以微弱的影响整个电路的振荡频率。它们的作用是与石英晶体构成带通滤波器，在石英晶体的共振频率上形成一个180度的相移。这个电路最常见于单片机的时钟部分。</p>
<p>对于石英晶体来说，被切割的越细，其共振频率越高——但也不是无极限的，切割的过细的话，石英晶体将很容易破碎。而这个极限频率大概为20MHz。那那些20MHz以上的晶体是怎么制作的呢？</p>
<p><img alt="20MHz以上的晶体" data-entity-type="file" data-entity-uuid="ed07cf33-bda1-4340-aee8-834988eea49f" src="/sites/default/files/inline-images/20MHz%E4%BB%A5%E4%B8%8A%E7%9A%84%E6%99%B6%E4%BD%93%E6%98%AF%E6%80%8E%E4%B9%88%E5%88%B6%E4%BD%9C%E7%9A%84%E5%91%A2.jpg" /></p>
<p>实际上，对于超过20MHz的晶体，它们所利用的是晶体振荡频率中的谐波。我们可以加强晶体的奇数倍谐波并利用它。比如我想要使用50MHz的晶体的话，我可以制造一块10MHz的晶体，并使它的结构增强5倍谐波（50MHz）。对于这样的晶体来说，如果需要纯净的50MHz的话，在使用时就需要使用外接的谐振电路选择出这个50MHz的谐波。</p>
<p><img alt="50MHz的谐波" data-entity-type="file" data-entity-uuid="e8510db4-5983-4c6a-98a0-5ee30374c15f" src="/sites/default/files/inline-images/50MHz%E7%9A%84%E8%B0%90%E6%B3%A2.jpg" /></p>
<p>对于时钟源这种东西来说，我们永远不会介意它的精度高，越高越好。但是即使是晶振这种有很长历史的振荡器，也足够我们好好研究上一段时间了呢！</p>
<p>文章来源： 无线电杂志</p>