晶振和PPM

晶振的全称是晶体振荡器,又叫做石英晶体谐振器,是利用石英晶体(又称水晶)的压电效应,用来产生高精度振荡频率的一种电子元件,属于被动元件

PPM (part per million),即百万分之一,用来描述晶振的精准程度。

晶振和其PPM之间存在一个对应的误差公式,用来计算该晶振的误差。

为什么晶振会存在误差?

石英$SiO_{2}$是晶体,其本身具有一些特性,我们利用这些特性,对其加上IC、振荡器等电子元件经过金属封装后作为晶体振荡器使用。晶振的误差主要来自其切割石英时的形状、厚度等工艺流程,工作时的温度环境等对其精准度也会产生影响。可见误差产生的原因是多方面的,但主要来自于制作工艺,这也决定了晶体振荡器的一个频率、一个工作电压、一个频率稳定性对应一个料号的固定频率的商业模式。

误差的计算示例

示例1:一个晶振PPM为120,频率为27M,那么频率的误差为多少?

$FrequencyDeviation = PPM * Frequency = (120 / 1000000) * 27MHz = 3240Hz$

示例2:晶振频率为32772.2Hz,误差为+1.2PPM,那么该晶振一年的误差为多少?

$\Delta Frequency = PPM * Frequency = (120 / 1000000) * 32772.2 \approx 3.932664$

$\Delta Time = \Delta Frequency / 32772.2 \approx 1.2 * 10^{-6}$

$\Delta One Year Deviation = \Delta Time * \Delta Frequency \approx 37.8s$

计时原理

计算机设备的计时工作需要计时电路的支持,一般我们称之为“时钟”,但其实称其为计时器更为恰当。计算机的计时器通常是一个精密加工过的石英晶体,石英晶体在其张力限度内以一定的频率振荡,这种频率取决于晶体本身如何切割及其受到张力的大小。**有两个寄存器与每个石英晶体相关联,一个计数器和一个保持寄存器。石英晶体的每次振荡使计数器减1。当计数器减为0时,产生一个中断,计数器从保持寄存器中重新装入初始值。这种方法使得对一个计时器进行编程,令其每秒产生60次中断(或者以任何其它希望的频率产生中断)成为可能。每次中断称为一个时钟嘀嗒。**通过上述方式实现了计时的效果。

参考文章

http://www.hosonic.net/xuanxingcankao/57.html

http://www.szkeqi.com/articles/1254.html

http://www.anytesting.com/news/1919325.html