如何挑选适合单片机的晶振？

摘要： 一、根据应用需求确定频率1、系统时钟需求：明确单片机系统所需的工作频率，如果单片机需要运行高速任务，如数据处理、通信等，可能需要较高的晶振频率；而对于一些对速度要求不高的应用，如简...

一、根据应用需求确定频率

1、系统时钟需求：明确单片机系统所需的工作频率，如果单片机需要运行高速任务，如数据处理、通信等，可能需要较高的晶振频率；而对于一些对速度要求不高的应用，如简单的控制任务或低功耗设备，较低的晶振频率即可满足需求，常见的单片机晶振频率有32.768kHz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等。

2、外设时钟需求：考虑单片机所连接的外设对时钟频率的要求，有些外设在特定的时钟频率下才能正常工作，如某些通信模块可能需要16MHz或更高频率的时钟源，因此在选择晶振时，要确保其能够提供满足外设要求的时钟频率，或者通过倍频等方式得到所需频率。

二、考虑温度稳定性

1、工作环境温度范围：了解单片机将工作的环境温度范围，包括可能的最高温度和最低温度，不同的环境温度会对晶振的频率稳定性产生影响，温度变化可能导致晶振频率发生偏移。

2、温度补偿类型：对于温度稳定性要求较高的应用，可选择具有温度补偿功能的晶振，如温补晶振TCXO或恒温晶振OCXO，TCXO通过内置的温度补偿电路来减少温度对频率的影响，而OCXO则将晶体置于恒温槽中，不受外界温度影响，频率稳定度更好，但成本也相对较高，普通的无源晶振在温度变化较大时频率稳定性会较差，适用于对温度不敏感或成本敏感的应用。

三、关注负载电容

1、匹配外部电容：负载电容是影响晶振频率精度的重要因素之一，晶振的数据手册中会标明其标称负载电容值，在实际应用中，应尽量使晶振两端的等效电容等于或接近这个标称值，通常需要在晶振的引脚上外接两个电容，通过调整这两个电容的值来微调振荡器的工作频率，使其达到标称频率。

2、考虑寄生电容：除了外接电容外，还需要考虑电路中的寄生电容，如PCB走线的电容、单片机引脚的电容等，这些寄生电容会与外接电容一起影响晶振的总负载电容，因此在设计电路时应尽量减少寄生电容的影响，并准确计算总负载电容。

四、选择输出波形

1、方波与正弦波：晶振的输出波形主要有方波和正弦波两种，方波的输出功率大，驱动能力强，谐波分量丰富，常用于数字通信系统时钟等对驱动能力要求较高的场合；正弦波的功率相对较小，但谐波分量少，适用于对信号质量要求较高的模拟电路或对电磁干扰敏感的应用。

2、差分与非差分输出：部分晶振具有差分输出和非差分输出两种模式可供选择，差分输出可以提高信号的抗干扰能力和共模抑制比，适用于高速数据传输和对信号完整性要求较高的场合；非差分输出则更简单直接，适用于一般的应用场景。

五、考虑封装尺寸和安装方式

1、小型化需求：对于便携式设备或空间受限的应用，应选择封装尺寸较小的晶振，如贴片式晶振，近年来，晶振的封装尺寸不断向小型化发展，小尺寸贴片可达到1.6x1.2mm甚至更小，可以满足各种紧凑型设计的需求。

2、安装方便性：根据实际的电路板设计和生产工艺，选择合适的安装方式，如表面贴装（SMD）或插件式，表面贴装晶振可以直接焊接在PCB板上，节省空间且便于自动化生产；插件式晶振则更适合一些需要经常更换或维修的设备。

六、评估相位噪声和抖动

1、高精度应用需求：在对时钟精度要求极高的应用中，如精密测量仪器、通信基站等，需要关注晶振的相位噪声和抖动指标，相位噪声是指信号在频域内的随机相位调制，会导致信号的频谱展宽，降低信号质量；抖动则是在时域内的信号周期或相位的随机变化，会影响数据的准确传输和处理，选择相位噪声低、抖动小的晶振可以保证系统的稳定性和可靠性。

2、系统性能影响：相位噪声和抖动可能会对单片机系统的定时精度、串口通信、数据采集等功能产生影响，导致误差积累或数据丢失等问题，因此在选择晶振时，要根据系统的具体性能要求，权衡相位噪声和抖动指标与其他参数之间的关系。

七、确定工作电压

1、单片机电源电压匹配：确保晶振的工作电压与单片机的电源电压相匹配，单片机的电源电压会在一定范围内波动，因此需要选择能够在该电压范围内稳定工作的晶振，如果电源电压不稳定或存在较大的纹波，可能会影响晶振的频率稳定性和起振性能。

2、电压兼容性考虑：要考虑晶振与其他电路模块之间的电压兼容性，避免因电压不匹配而导致的电路故障或性能下降，在选择晶振时，应查看其数据手册中规定的工作电压范围，并确保在实际应用中不会超过或低于这个范围。

八、结合实际工作环境

1、高振动、高冲击环境：如果终端产品应用于高振动、高冲击的环境，如车辆、飞机、工业设备等，需要选择具有良好抗震性能的晶振，能够承受较大的机械应力而不损坏或失效，还可以考虑采用固定装置或减震措施来保护晶振。

2、磁场干扰环境：在存在强磁场干扰的环境中，应选择抗磁性能较好的晶振，或者采取屏蔽措施来减少磁场对晶振的影响，磁场可能会使晶振的频率发生变化，导致系统工作异常。

3、高低温、湿度环境：对于需要在高温、低温或高湿度环境下工作的单片机系统，要选择能够在相应环境条件下保持稳定性能的晶振，如前所述，温度补偿晶振和恒温晶振可以在较宽的温度范围内保持频率稳定；对于高湿度环境，可以选择具有防潮涂层或封装的晶振，以防止水分侵入影响其性能。