我們常把晶振比喻為數字電路的心臟，這是因為，數字電路的所有工作都離不開時鐘信號，晶振直接控制著整個系統，若晶振不運作那么整個系統也就癱瘓了，所以晶振是決定了數字電路開始工作的先決條件。

我們常說的晶振，是石英晶體振蕩器和石英晶體諧振器兩種，他們都是利用石英晶體的壓電效應制作而成。在石英晶體的兩個電極上施加電場會使晶體產生機械變形，反之，如果在晶體兩側施加機械壓力就會在晶體上產生電場。并且，這兩種現象是可逆的。利用這種特性，在晶體的兩側施加交變電壓，晶片就會產生機械振動，同時產生交變電場。這種震動和電場一般都很小，但是在某個特定頻率下，振幅會明顯加大，這就是壓電諧振，類似于我們常見到的LC回路諧振。

作為數字電路中的心臟，晶振在智能產品中是如何發揮作用的呢？以智能家居如空調、窗簾、安防、監控等產品來說，都需要無線傳輸模塊，它們通過藍牙、WIFI或ZIGBEE等協議，將模塊從一端發到另一端，或直接通過手機控制，而晶振就是無線模塊里的核心元件，影響著整系統的穩定性，所以選擇好系統使用的晶振，決定了數字電路的成敗。

由于晶振在數字電路中的重要性，在使用和設計的時候我們需要小心處理：

1、晶振內部存在石英晶體，受到外部撞擊或跌落時易造成石英晶體斷裂破損，進而造成晶振不起振，所以在設計電路時要考慮晶振的可靠安裝，其位置盡量不要靠近板邊、設備外殼等。

2、在手工焊接或機器焊接時，要注意焊接溫度。晶振對溫度比較敏感，焊接時溫度不能過高，并且加熱時間盡量短?

合理的晶振布局可以抑制系統輻射干擾

一、問題描述

該產品為野外攝像機，內分核心控制板、sensor 板、攝像頭、SD 存儲卡和電池五部分組成，外殼為塑膠殼，小板僅有兩個接口：DC5V 外接電源接口和數據傳輸的USB 接口。經過輻射測試發現有33MHz 左右的諧波雜訊輻射問題。

原始測試數據如下：

二、分析問題

該產品外殼結構塑膠外殼，是非屏蔽材料，整機測試只有電源線和USB 線引出殼體，難道干擾頻點是由電源線和USB 線輻射出來的嗎？故分別作了一下幾步測試：

( 1 ) 僅在電源線上加磁環，測試結果：改善不明顯；

( 2 ) 僅在USB 線上加磁環，測試結果：改善仍然不明顯；

( 3 ) 在USB 線和電源線都加磁環，測試結果：改善較明顯，干擾頻點整體有所下降。

從上可得，干擾頻點是從兩個接口帶出來的，并非是電源接口或USB 接口的問題，而是內部干擾頻點耦合到這兩個接口所導致的，僅屏蔽某一接口不能解決問題。

經過近場量測發現，干擾頻點來之于核心控制板的一個32.768KHz 的晶振，產生很強的空間輻射，使得周圍的走線和GND 都耦合了32.768KHz 諧波雜訊，再通過接口USB 線和電源線耦合輻射出來。而該晶振的問題在于以下兩點問題所導致的：

( 1 ) 晶振距離板邊太近，易導致晶振輻射雜訊。

( 2 ) 晶振下方有布信號線，，這易導致信號線耦合晶振的諧波雜訊。

( 3 ) 濾波器件放在晶振下方，且濾波電容與匹配電阻未按照信號流向排布，使得濾波器件的濾波效果變差。

三、解決對策

根據分析得出以下對策：

（1）晶體的濾波電容與匹配電阻靠近CPU 芯片優先放置，遠離板邊；

（2）切記不能在晶體擺放區域和下方投影區內布地；

（3）晶體的濾波電容與匹配電阻按照信號流向排布，且靠近晶體擺放整齊緊湊；

（4）晶體靠近芯片處擺放，兩者間的走線盡量短而直。

可以參考如下圖布局方式：

經整改后，樣機測試結果如下：

四、結論

現今很多系統晶振現今很多系統晶振時鐘頻率高，干擾諧波能量強；干擾諧波除了從其輸入與輸出兩條走線傳導出來，還會從空間輻射出來，若布局不合理，容易造成很強的雜訊輻射問題，而且很難通過其他方法來解決，因此在PCB 板布局時對晶振和CLK 信號線布局非常重要。

晶振的PCB設計注意事項

（1）耦合電容應盡量靠近晶振的電源引腳，位置擺放順序：按電源流入方向，依容值從大到小依次擺放，容值最小的電容最靠近電源引腳。

（2）晶振的外殼必須接地，可以晶振的向外輻射，也可以屏蔽外來信號對晶振的干擾。

（3）晶振下面不要布線，保證完全鋪地，同時在晶振的300mil范圍內不要布線，這樣可以防止晶振干擾其他布線、器件和層的性能。

（4）時鐘信號的走線應盡量短，線寬大一些，在布線長度和遠離發熱源上尋找平衡。

（5）晶振不要放置在PCB板的邊緣，在板卡設計時尤其注意該點。

晶振與晶體的區別

（1）晶振是有源晶振的簡稱，又叫振蕩器。英文名稱是oscillator。晶體則是無源晶振的簡稱，也叫諧振器。英文名稱是crystal.
（2）晶體（無源）一般是直插兩個腳的無極性元件，需要借助時鐘電路才能產生振蕩信號。常見的有49U、49S封裝。
（3） 晶振（有源）一般是表貼四個腳的封裝，內部有時鐘電路，只需供電便可產生振蕩信號。一般分7050、5032、3225、2520幾種封裝形式。

MEMS硅晶振與石英晶振區別

MEMS硅晶振采用硅為原材料，采用先進的半導體工藝制造而成。因此在高性能與低成本方面，有明顯于石英的優勢，具體表現在以下方面：

（1）全自動化半導體工藝（芯片級），無氣密性問題，永不停振。
（2） 內部包含溫補電路，無溫漂，-40—85℃全溫保證。
（3） 平均無故障工作時間5億小時。
（4） 抗震性能25倍于石英振蕩器。
（5）支持1-800MHZ任一頻點，精確致小數點后5位輸出。
（6） 支持1.8V、2.5V、2.8V、3.3V多種工作電壓匹配。

（7）支持10PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM等各種精度匹配。

（8）支持7050、5032、3225、2520所有標準尺寸封裝。
（9） 標準四腳、六腳封裝，無需任何設計改動，直接替代石英振蕩器。
（10） 支持差分輸出、單端輸出、壓控（VCXO）、溫補(TCXO)等產品種類。
（11） 300%的市場增長率，三年內有望替代80%以上的石英振蕩器市場。