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电脑主板常用的5个鸿星晶振的作用和晶振工作原

很多人都会问到主板上面的晶振到底是起到什么作用,晶振32.788Mhz电脑主板一般都会有2-3个石英晶振,特别是一款圆柱晶振,有人专注提到这款晶振是做什么用,我有回答这款晶振是32.768K,行业里面简称为表晶或者是音叉晶体,同时我有注明说到这款是时钟晶振,是用来控制时间等应用的,但还是很多人看的很模糊,很不明白,下面简单的介绍一下
概括来讲主板晶振的作用在于产生原始的时钟频率,这个频率经过频率发生器的放大或缩小后就成了电脑中各种不同的总线频率。電脑主板用的是石英晶体振荡器又成为有源晶振。微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的时钟源,如晶振、陶瓷谐振器槽路;RC(电阻、电容)振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置适用于晶振和陶瓷谐振器槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。具体来说主板中常见晶振种类共有5种,下面概述他们起到的主要作用
1)32.768KHZ晶振,为实时晶振,工作电压为0.4V左右,系统时间基准时钟,上电之前为南桥内部提供工作所需时钟; 
2)4.318MHZ晶振为时钟晶振,工作电压为1.1--1.6V; 
3)25M用于网卡部分,为网卡提供工作时钟;也用于Nvidia芯片上电时序中所需的时钟。工作电压为1.1--2.2V; 
4)24.576M用于音效芯片,工作电压为1.1--2.2V;
5)27M 为BGA内部VGA部分提供相关工作时钟。 
计算机都有个计时电路,尽管一般使用“时钟”这个词来表示这些设备,但它们实际上并不是通常意义的时钟,把它们称为计时器(timer)可能更恰当一点。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振相关联,一个计数器(counter)和一个保持寄存器(holdingregister)。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,计数器从保持计数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。(南京鼎魁科技有限公司提供全系列鸿星晶振产品。如需现货或选型支持请电话咨询)每次中断称为一个时钟嘀嗒(clocktick)。晶振在电气上可以等效成一个电容和一个电阻并联再贴片晶振串联一个电容的二端网络,电工学上这个网络有两个谐振点,以频率的高低分其中较低的频率为串联谐振,较高的频率为并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近,在这个极窄的频率范围内,晶振等效为一个电感,所以只要晶振的两端并联上合适的电容它就会组成并联谐振电路。这个并联谐振电路加到一个负反馈电路中就可以构成正弦波振荡电路,由于晶振等效为电感的频率范围很窄,所以即使其他元件的参数变化很大,这个振荡器的频率也不会有很大的变化。晶振有一个重要的参数,那就是负载电容值,选择与负载电容值相等的并联电容,就可以得到晶振标称的谐振频率。
在使用时,陶瓷谐振器槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感,但在过驱动时很容易产生频率漂移(甚至可能损坏)。影响振荡器工作的环境因素有:电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化,增加不稳定性,并且在有些情况下,还会造成振荡器停振。上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波输出,并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是晶振模块和集成RC振荡器(硅振荡器)。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。硅振荡器的精度要比分立RC振鸿星晶振荡器高,多数情况下能够提供与陶瓷谐振器槽路相当的精度。选择振荡器时还需要考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定。CMOS放大器功耗与工作频率成正比,可以表示为功率耗散电容值。比如,HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF。在4MHz、5V电源下工作时,相当于1.8mA的电源电流。再加上20pF的晶振负载电容,整个电源电流为2.2mA。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容,相应地也需要更多的电流。相比之下,晶振模块一般需要电源电流为10mA ~60mA。硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能,范围可以从低频(固定)器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。一种低功率的硅振荡器,如MAX7375,工作在4MHz时只需不到2mA的电流。在特定的应用场合优化时钟源需要综合考虑以下一些因素:精度、成本、功耗以及环境需求。电子产品在目前的趋势发展下,绝大部分产品都会选择使用石英晶振系列产品,而选用陶瓷晶振的产品是越来越少,原因有几点,其一是普通插件石英晶振价格没有以前那么高,以低价格高精度的冲击陶瓷晶振市场,其二是石英晶振的高精准度和耐温范围要比陶瓷晶振好,陶瓷晶振精度往往达不到预期的效果,所有后续市场陶瓷晶振将会被慢慢的淘汰。

3晶振: 因晶振内部结构的特殊性,主板在运输或搬运等过程中受到剧烈震动,晶振容易损坏。另外受到高温烘烤时容易损坏(主要针对32.768KHZ 晶振)。 
1)32.768晶振
周期有误,会影响主板系统时钟的准确性,会出现时间走不准的问题。这跟我们常用的手机,有的手机时间走不准是一个道理。 对于INTEL、AMD、ATI芯片的主板,32.768晶振不起振,会导致主板不上电或上电后全板无复位。 对于NVIDIA芯片主板,32.768不起振则会出现跑CF或45(对应的数码卡),或数码卡跑FF(有可能会出现I/O(winbond83627)第18脚或21脚两者中有一个无时钟)。 实例列举:一片昂达N61G主板,开机数码卡跑45,量得为32.768不起振,用二极体分别测晶振两端对地阻值偏低,并且两者阻值相似,而OK板晶振两端分别为670欧、775欧(维修中没必要记住其阻值,不确定时可参照OK板)鸿星晶振代理证书,更换晶振后阻值和波形均正常。后量拆下来的晶振(物料)两端,发现其两脚相互阻值只有10欧左右; 一片昂达NF5S主板,32.768不起振,插上电源后波形逐渐消失。测其对地阻值一端为700欧左右(正常),另一端为200欧左右,更换晶振后恢复正常。32.768晶振引发的相关故障,看似简单,但也常常容易让我们忽视,针对短期失效板以及换过BGA的主板,应养成量测32.768波形的习惯,并注意其有无异响。 
2)14..318MHZ:不起振,会影响主板上电后全板无复位。起振波形不正常,有可能会产生主板开机不定时档机的现象。 实例列举:一片经测试员多次返回的主板,故障原因为不开机。后经确认,该板开机不稳定,大部分时间能开机,有时不开机,而不开机时全板无复位(14.318也不起振),更换晶振后恢复正常。为此晶振工作不稳定。 
3)25M:25M晶振,用于NVIDIA上电时序时,25M不振会影响不上电,或上电断电或不开机。单边起振也出现上电断电现象。而25M用于网卡芯片时,不起振则会抓不到网卡。频率异常会出现不连网或网灯不亮等现象。 实例列举:一片NF520T的主板,抓不到网卡,测量25M晶振两端,发现有电压无波形,更换晶振后,故障消失。 一片七彩虹CN61G 1.5B主板,故障现象为不开机数码卡显FF,进行了两三次维修测量均未发现问题,而此板为短期板,并且换过BGA,因暂时无法修复,放在工位上。在第四次插电源上电时断电,后猛然醒悟,量得25M不起振,更换OK。 
4)27M:27M晶振,用于主板BGA内部的VGA部分,不起振会影响VGA无显。 实例列举:一片N68PV的主板,VGA不显示,显示屏提示“超出频率范围”,此板为短期失效板,后量得27M不起振,更换后恢得正常。

总结:主板上最重要的晶振是实时晶振(32.768KHZ)和时钟晶振(14.318MH(Z),实时晶振给南桥提供振荡实时晶振,主板上几乎所有的频率都是以时钟晶振为基础的。南京鼎魁科技有限公司作为台湾鸿星全系列有源和无源贴片晶振全系列代理,提供主板晶振选型支持服务。欢迎登录www.hosonic.net咨询在线客服。
 


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