采样率与晶振频率选型

采样率(Sampling Rate)用于描述将模拟信号转换为数字信号时,每秒采集多少个数据点。其单位为Hz。采样率决定了信号还原的清晰度。采样率越高,信号捕捉越细致,同时对系统和宽带要求也会更多。

以下常见应用的采样率:

  • 电话语音:8kHz
  • FM广播:32kHz
  • CD音质:44.1kHz
  • 专业音频:48kHz / 96kHz
  • 数据采集/工业IoT:1kHz~100kHz

如何选择晶振的频率

晶振作为系统的"时间基准",决定了所有时序及定时的基础。采样时钟一般来自晶振,经过"定时器"或"分频器"实现采样频率。

假设需要20kHz采样时,我们可选择1MHz、2MHz、4MHz等标准频率晶振,再用"定时器"或"分频电路"设定相应的整数分频系数。

晶振频率 分频系数 应用
1MHz 50 适合大部分MCU
2MHz 100 易于实现,常用于简便设计
4MHz 200 被多数STM32/AVR等支持
8MHz 400 通用音频、信号采集等
10MHz 500 工控、精密采集
12MHz 600 兼容USB/部分音频系统

晶振的频率如果等于采样率乘以一个整数,可以简化硬件设计,并且保证采样的精度。

如果将 12.288MHz 直接分频成 20kHz,会得出 12,288,000 / 20,000 = 614.4。一个不是整数的频率。这种情况下,我们需要"小数分频"、"PLL"或"高端FPGA/MCU" 等复杂方案,从而增加系统的设计难度和硬件成本。

用无源晶振还是有源晶振?

无源晶振更适合日常采样类应用,比如音频、传感器采集,成本较低。

如果对时钟精度、抖动性能要求高,比如在通信、同步控制、工业网等应用中,KOAN凯擎小妹建议使用有源晶振,因为输出更稳定,启动更快。

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