晶振（晶体振荡器）是一种利用石英晶体的压电效应产生稳定频率的电子元件，广泛应用于时钟信号、通信设备、微控制器等场景。其原理可分为压电效应、谐振特性和振荡电路三部分：

1. 压电效应（Piezoelectric Effect）

基本概念：

石英晶体（SiO?）在机械压力下会产生电场（正压电效应），反之，施加电场时晶体会发生机械形变（逆压电效应）。这种机电转换特性是晶振工作的基础。

关键点：

电场与形变的频率一致，且石英的高稳定性使其形变频率极难受外界干扰。

2. 谐振特性（机械振动与电谐振）

等效电路模型：

晶振可等效为一个RLC电路（如下图），包含：

动态电感（L1）：晶体振动的惯性。

动态电容（C1）：晶体的弹性。

动态电阻（R1）：振动能量损耗。

静态电容（C0）：电极间的寄生电容。

谐振模式：

串联谐振（fs）：当电抗（XL = XC）时，阻抗，频率由L1和C1决定：

fs=2πL1C1

并联谐振（fp）：当电路总电抗无穷大时，频率略高于fs，受C0影响：

fp=fs1+C0C1

实际晶振通常工作在并联谐振模式（负载电容匹配时频率稳定）。

3. 关键参数与特性

参数说明

频率稳定性石英晶振可达±10 ppm（百万分之一），温补晶振（TCXO）达±0.1 ppm。

Q值（品质因数）石英晶体Q值（10?~10?），频率选择性。

负载电容（CL）外部电容需匹配晶振规格（如12pF、18pF），否则频率偏移。

激励电平驱动功率过高会损坏晶体，过低则停振。

4. 晶振类型

无源晶振（Crystal）：需外接电路，成本低，频率可微调。

有源晶振（OSC）：内置振荡电路，直接输出方波，稳定性更高。

温补晶振（TCXO）、恒温晶振（OCXO）：通过温度补偿实现超高稳定性。

5. 应用场景

时钟基准：CPU、MCU的系统时钟（如STM32的8MHz晶振）。

通信设备：射频模块的载波频率合成（如GPS的16.368MHz）。

精密仪器：高精度计时、传感器信号调理。

常见问题

为何晶振不起振？

负载电容不匹配、电路增益不足、PCB布局干扰（如走线过长）。

如何选择晶振？

根据频率、稳定性、封装（如贴片3225、插件HC-49S）及负载电容需求。