晶振电路里的1MΩ电阻，到底有啥用？怎么选？

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在电子电路设计中，晶振（晶体振荡器）是个特别重要的小玩意儿，它就像一个“节拍器”，给整个电路提供稳定的“心跳”信号。不过，你可能发现，有时候晶振旁边会多一个1MΩ的电阻，而有时候又没有。这个1MΩ电阻到底有啥用？为啥有的电路需要，有的不需要？该怎么选呢？今天咱们就来好好唠唠这个事儿。

一、为啥有的晶振电路有1M电阻，有的没有？

在实际的产品设计中，晶振电路通常有两种情况：

图1展示了一个简单的晶振电路，里面没有1MΩ的电阻。这种电路通常用在芯片内部已经自带了反馈电阻，或者在环境条件较为稳定的情况下，不需要额外的电阻来帮助起振或稳定振荡

图2展示了一个带有1MΩ电阻的晶振电路。这种电路通常用在需要额外稳定性支持的场景，比如低温环境下，或者晶振质量一般的情况下。

二、皮尔斯振荡器（Pierce Oscillator）：晶振工作的原理

普通石英晶振能够正常起振，靠的是一个叫皮尔斯振荡器的电路。这个电路很简单，由一个反相器、一个电阻、晶振和两个电容组成，如下图3所示。

图3

皮尔斯振荡器之所以被广泛应用，是因为它工作起来特别稳定。为了让它稳定工作，需要满足两个条件：

• 环路增益的乘积必须等于或大于1
  这就好比推秋千，每次推的力量（增益）必须足够大，才能让秋千持续荡起来。
• 环路周围的相移必须为零或2π(360°)的任何整数倍
  相移就好比信号的“步调”，必须对得上，才能让振荡持续下去。
  
  

图4

如果反相器U1提供-180°相移，那么其他组件需要再提供-180°相移，才能凑够360°，让振荡持续。

如果U1提供-185°相移，其他组件就会自动调整，提供-175°相移，总之就是得凑够360°。

三、反馈电阻Rf的作用

在图2的电路中，那个1MΩ的电阻就是反馈电阻Rf。它的作用主要有两个：

1. 让反相器工作在线性区 图5

图中阴影区域内就是线性区，是反相器的理想工作区域。在这个区域内，反相器可以有效地放大输入信号，输出电压与输入电压成比例关系。

Vdd/2是反相器工作在线性区的典型输入电压值，此时输出电压也大约是Vdd/2。反馈电阻的作用之一就是将反相器的工作点拉回到这个线性区域，避免进入饱和区，以确保电路能够稳定地产生振荡信号。

反相器就像一个脾气暴躁的小孩，很容易就跑到极端状态（要么全开，要么全关）。反馈电阻就像一个“缰绳”，把反相器“拽”回到一个比较“温和”的状态，让它在线性区工作。这样，电路才能稳定地产生我们需要的振荡信号。

2. 提供足够的起振条件

在低温环境下，振荡电路的阻抗会变大，就像秋千的链条变长了，推起来更费劲。这时候，反馈电阻就能增强反馈信号，帮助电路更容易启动。如果产品在低温下晶振不起振，或者MCU运行不正常，很可能就是因为少了这个电阻，或者电阻的阻值不对。

四、为啥是1MΩ，而不是别的阻值？

1MΩ这个阻值可不是随便选的。如果电阻太大，反馈信号太弱，电路可能启动不了；如果电阻太小，反相器又会变得太“敏感”，容易跑到极端状态。1MΩ是一个比较折中的选择，既能保证电路稳定，又能节省功耗。Rf电阻的阻值选择满足如下的要求：

图6

五、怎么判断要不要加1MΩ电阻？

现在很多芯片（比如STM32）已经把反馈电阻集成在内部了。比如STM32的晶振电路框图如下：

图7

如果不确定芯片内部有没有集成反馈电阻，可以通过以下方法判断：

• 查阅芯片手册
  这是最直接的方法。手册里会明确告诉你芯片内部有没有集成反馈电阻。
• 测量反相器的输入和输出电压
  在未连接外部元件（C1、C2和X1）的情况下，测量反相器的输入和输出电压：
  
  
  • 如果电压在Vcc/2左右，说明芯片内部已经集成了反馈电阻，不需要再加。
  • 如果电压是0或者电源电压，说明芯片内部没有集成反馈电阻，需要自己加。
    
    
    
    

六、总结

反馈电阻（1MΩ）在晶振电路里是个很重要的“帮手”。它能让反相器“听话”，帮助电路启动，还能稳定振荡频率。不过，不是所有电路都需要它。有些芯片自带了这个电阻，有些电路设计得很简单，可能就省略了。如果你不确定要不要加，可以看看芯片手册，或者用实验的方法验证一下。总之，根据实际需求来选择，才是最靠谱的。

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