什么是振荡器？
振荡器是一种产生重复或周期性时变信号的电子电路。在无线 SoC设备的中，振荡器信号用于为设备中指令和外围设备的执行提供时钟。对于无线电通信，振荡器还为无线电收发器(transceiver)提供准确且低噪声的频率参考。有多种方法可以生成这样的信号，每种方法都有不同的属性，会影响项目成本、电路板尺寸和时钟信号的稳定性。振荡器主要可以分成两种：谐波振荡器（harmonic oscillator）与弛张振荡器（relaxation oscillator）。
振荡器分类：
RC 振荡器
RC 振荡器由电阻器、电容器和反相放大器构成。与晶体振荡器相比，它们成本低且启动时间短，但通常精度较低且产生更多噪声。
LC振荡器
LC振荡器电路主要用来产生高频正弦信号，一般在1MHz以上。它与RC振荡电路的不同之处在于它由电感和电容组成。所以命名为LC振荡器
晶体振荡器
晶体振荡器利用晶体的机械振动来产生时钟信号。 归功于晶体物质的分子组成和晶体切割的角度，这种类型的振荡器在很宽的温度范围内非常精确和稳定。 最常用的晶体是石英晶体。 生产石英晶体需要几周内非常稳定的温度和压力条件。 这使得晶体振荡器比 RC 振荡器更昂贵。(晶振分无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振也叫谐振器，英文为crystal，有源晶振又叫振荡器，英文oscillator。一般的单片机使用的是无源晶振)
振荡器的基本原理： 
振荡器是一个满足巴克豪森条件(Barkhausen condition)的正反馈回路：如果闭环增益大于整体并且总相位滞后为 360°，则生成的闭环系统不稳定并会自我强化。这是出现振荡的必要条件，但不是充分条件。当满足必要条件时，振荡器中的任何干扰(噪声)都会导致振荡开始。因为满足巴克豪森条件的频率与原始信号同相，所以它被放大得最多。
初始振荡非常微弱，将信号放大到所需幅度需要时间。当振荡建立时，只需要少量的能量来补偿电路中的损耗。在数学上，维持稳态振荡需要的闭环增益为1。芯科Gecko 2无线系列芯片依靠自动增益控制器获得和保持所需的幅度。
简化的反馈振荡器电路由两部分组成：放大级和让频率经历360° 相位滞后的滤波器。在晶体振荡器的情况下，滤波器由晶体和外部负载电容器组成。
启动时间：
闭环增益的大小对启动时间有很大影响。 增益低会导致启动时间过长或失败，增益过高会导致启动完全失败。 理想增益取决于振荡器电路的负电阻。
出于同样的原因，振荡频率会影响启动时间。 kHz范围内的晶体的启动时间将比MHz范围的晶体长得多，因为传递循环所需的时间更长。 芯科无线Gecko 2系列芯片的典型启动时间：低频振荡器为 63 ms，高频振荡器为 159 μs。
晶体的电路模型：
晶体振荡器可以用下面的理想电路模型来描述
- CS 是运动电容。 它表示从晶体中的位移中获得的压电电荷。
- RS 是运动电阻。 它代表晶体中的机械损耗。
- LS 是运动电感。 它代表晶体中的移动质量。
- C0 是电极之间的静态电容和来自外壳的杂散电容。
晶体振荡器的参数：
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晶振的核心频率(Crystal Frequency)。
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晶振的工作温度(Operating Temperature Range)
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晶振的综合公差(Combined tolerance for the crystal)：
即晶振的精度值，一般使用PPM表示。其精度的选择一般要参考频率需求器件对精度的要求。综合公差=初始公差(Initial tolerances) + 温度公差(Temperature tolerance) + 年化公差(Aging tolerances) -
晶振的等效串联阻抗(Equivalent Series Resistance (ESR))：
这个参数主要是与驱动能力有关系，也就是说跟驱动电流有关系。等效电阻小则需要的驱动电流就小。对外部驱动电路的适应能力就越高。 -
晶振的匹配负载电容(Load capacitance)：
通过改变匹配电容的参数值，可以改变晶振的核心频率，也就是说可以通过调整晶振的匹配电容来对精度做微调。这也是目前国内做高精度温补晶振的主要办法。 -
静态电容(Shunt Capacitance)：
晶振两个管脚之间的寄生电容,在晶振的规格书上可以找到具体值，一般0.2pF~8pF不等。
晶体规格书参考：
术语解释：
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压电效应(Piezoelectricity)
石英晶体具有直接压电特性。 这意味着施加的电场会导致晶体变形。 相反，晶体的变形会在端子上产生电压。 一旦振荡器启动，振动晶体端子上的变化电压被用作时钟信号。 -
压电谐振：
在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率(由晶片的尺寸和形状决定)相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。 -
闭环增益(closed-loop gain)：
运放在无反馈时的增益是开环增益，在考虑反馈时候的增益为闭环增益，环路增益是在主输入为0的情况下，反馈网络和放大电路所具有的增益。 -
寄生电容（parasitic capacitance）：
也称为杂散电容，是电路中电子元件之间或电路模块之间，由于相互靠近所形成的电容，寄生电容是寄生元件，是不可避免的，同时经常是设计时不希望得到的电容特性。寄生电容常常也会造成杂散振荡。 -
机械应力(mechanical stress)：
是指物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。
参考资料：
Silicon labs : AN0016.2: Oscillator DesignConsiderations
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