谈谈BMS里面的晶振电路

“在写完这篇后，回过头来看，我发现对振荡电路的理解还是不够深入，本着不懂的东西不敢乱写，所以本篇基本是总结一些概念和经验，关于晶体外部阻容的选型计算，等待后面深刻理解后，再写”

今天为大家简单介绍一下振荡器与谐振器，其实工作中更多接触到的名字叫做晶振。暂时抛开叫法是否准确贴切，先沿用这一称呼。我们在设计电路时，尤其是单片机模块时，会很自然地接触到晶振，但实际大部分人（也包括我自己）都没有好好去琢磨一下晶振电路的各个元器件的选型来源，很多都是继承历史，把成熟电路抄过来直接用；实际这样也没有什么问题，但又总感觉心有点虚，自己画的板子讲不清器件的用途，总会有些不踏实，万一哪一天它坏了呢？

接着，还是要先纠正一下概念与定义。

最根源的分类其实是谐振器与振荡器。简单地说，谐振器是无源器件，振荡器是有源器件。至于有源和无源的差别，自己去百度，一大堆。

谐振器（英文resonator）,它是可以产生谐振频率的电子元件或电路，在其外部需要配合控制驱动电路，产生时钟输出；

谐振器分类（图片来源于网络）

上图是主要的几种谐振电路或元件，可以看到熟悉的RC谐振电路与石英晶体；石英晶体谐振器（quartz crystalresonators），也就是我们日常称呼的“无源晶振”，其实更准确应该叫“晶体（crystal）”，它是两个引脚的无源器件，是电路中很常见的时钟源，相信大家都接触过。陶瓷谐振器（ceramic resonators）很少见，我没有使用过，大家如果有应用经验，可以留言，交流交流。

晶体（图片来源京瓷官网）

振荡器（英文oscillator），它是一种能量转换装置，将直流电转换为具有一定频率的交流电，其构成的电路叫做振荡电路，振荡器比谐振器多了一个控制电路。

振荡器里面最主要的就是指石英晶体振荡器（quartz crystal oscillators），就是我们说的“有源晶振”，或者“晶振”（终于等到你）；其中接触最多的石英晶体振荡器，它常见的封装是四个引脚，输出方波信号，CMOS电平。

晶振（图片来源NDK官网）

BMS单板上使用的单片机，基本都需要外置一个时钟（晶体或晶振）给它，那么第一个问题来了，为什么不用单片机的内部时钟源呢？

原因是单片机内部的时钟源类型一般是RC振荡电路（RC谐振电路+控制电路），它输出频率的精度不高，如果用在通信上面，可能会造成时钟不精确，所以我们在BMS上面很多时候都选择外部的时钟源（晶体或晶振）。

上图是NXP某个单片机内部时钟框图，画红色圆圈标记的就是单片机内部集成的时钟源（IRC）；XTAL和EXTAL是外部时钟源的连接引脚，内部时钟源与外部时钟源都可以使用；一般单片机上电后默认是内部时钟源，经过初始化后，配置成外部时钟源。大家闲时也可以看看自己用的单片机的内部时钟结构。

接下来简单介绍一下单片机的外部时钟源，也就是晶体与晶振的用法。

晶振用起来最简洁，它内部集成了晶体与控制电路，形成了一个完整的振荡电路。下图是单片机与晶振的连接示意图，基本不需要外部如何配置，供电可直接工作，XTAL引脚可不使用。

但如果选用晶体的话，就会复杂很多，如下图所示；它需要外部加一些配合的阻容，与单片机内部的控制电路共同组成振荡电路：R2是反馈电阻，作用是与单片机内部的反向器一起组成放大器；C1\C2是外部负载电容，用于调节晶体的负载电容需求和滤波作用；R1是外部串联电阻，用于限制XTAL的驱动电流。目前只能写这么多了，等理解透彻后再写选型的理论支撑，大家好奇的话可以先去查查资料（比如ST网站的AN2867）。

总结

晶体与晶振在BMS单板里面很常见，那么到底选择晶体还是晶振呢？从使用难度和稳定性上来说，晶振更好一些，但成本上面晶体更有优势。所以前期可以直接上晶振，后期考虑降成本的话，可以使用晶体来实现，这样留一点降成本的空间，你懂的；哈哈，有点废话的样子，为了凑字数，管不了那么多了。