微控制器（MCU）几乎应用于所有嵌入式电子产品中，从消费电子、工业控制到汽车电子，都离不开稳定的时钟信号。虽然大多数MCU内部都集成了RC振荡器，但在对精度、稳定性或通信性能要求较高的应用中，工程师通常都会选择连接外部晶振。在MCU规格书中，我们经常可以看到XTAL和EXTAL两个引脚。那么，它们分别有什么作用？应该如何连接有源晶振或无源晶振？

什么是XTAL和EXTAL引脚？

XTAL和EXTAL是MCU用于连接外部时钟源的专用引脚。对于采用石英晶体谐振器的设计，MCU内部通常集成了振荡放大器，外部只需要连接石英晶体以及匹配电容，即可组成完整的晶体振荡电路。而对于采用有源晶振（时钟振荡器）的设计，外部振荡器已经能够直接输出稳定的时钟信号，因此无需再利用MCU内部振荡电路，只需将输出时钟连接到EXTAL输入端即可。

使用无源晶振时，XTAL和EXTAL都会参与振荡电路。

使用有源晶振时，一般只需将时钟输出连接至EXTAL输入端。

具体连接方式仍需参考不同MCU厂商提供的硬件设计指南。

为什么很多MCU还需要外部晶振？

虽然内部RC振荡器能够降低成本并简化设计，但它仍然存在一定局限性。

- RC振荡器容易受到温度、电压以及制造工艺偏差影响，频率稳定度相对较低。当环境温度发生变化时，输出频率也会随之漂移。

- 内部RC振荡器通常只能提供有限的几个固定频率，无法满足各种应用对于时钟频率的灵活需求。

对于USB、UART、CAN、Ethernet、无线通信以及高精度计时等应用，时钟精度直接影响系统性能，因此通常都会采用外部晶振作为系统时钟源。

有源晶振和无源晶振如何连接？

外部时钟源主要分为有源晶振（Clock Oscillator）和无源晶振（Crystal Resonator）两类，它们的连接方式有所不同。

无源晶振（Crystal Resonator）

无源晶振内部只有石英晶体，不包含振荡电路，因此必须依靠MCU内部振荡器才能正常工作。

典型连接方式包括：

晶体两端分别连接XTAL和EXTAL引脚；

两侧配置负载电容；

部分MCU还需要反馈电阻或限流电阻。

无源晶振具有成本低、功耗小、频率选择丰富等优点，因此广泛应用于单片机、RTC、工业控制以及消费电子产品。

有源晶振（Clock Oscillator）

有源晶振内部已经集成了石英晶体、振荡器及输出驱动电路，只需提供电源即可输出稳定时钟。

一般连接方式为：

VDD连接电源；

GND连接地；

Output输出连接EXTAL输入端；

OE/NC根据产品规格选择连接方式。

由于无需设计外围振荡电路，有源晶振能够缩短开发周期，同时具有更好的频率稳定度和抗干扰能力。

有源晶振与无源晶振如何选择？

两种方案各有优势，应根据产品需求进行选择。如果产品注重成本、功耗以及简单控制，例如普通MCU控制板、家电、消费电子等，无源晶振通常是更经济的方案。如果产品需要更高的时钟稳定度、更快的启动速度、更好的EMI性能或更简单的硬件设计，例如通信设备、工业控制、医疗设备、服务器及网络设备，则有源晶振更具优势。

KOAN晶振产品方案

KOAN提供丰富的石英晶体谐振器及时钟振荡器产品，可满足不同MCU平台的时钟设计需求。

- 无源晶振（KX系列）覆盖HC-49、圆柱晶体及多种SMD贴片封装，频率范围广，可满足消费电子、工业控制及嵌入式系统应用。

- 有源晶振（KS系列）提供CMOS输出、多种封装尺寸及多种供电电压选择，具有稳定度高、启动速度快、外围电路简单等特点，可广泛应用于通信设备、网络设备、医疗电子及工业自动化系统。

对于高精度应用，KOAN还可提供温补晶振（TCXO）、压控晶振（VCXO）、低抖动晶振以及差分晶振等产品方案，为不同应用提供稳定可靠的时钟解决方案。