下载文档原格式
无源晶振无源晶振与与有源晶振无源晶振无源晶振（（Crystal ：）：内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片，，供接入运放供接入运放（（或微处理器的Xtal 端）以形成振荡以形成振荡。
（（依靠配合其他依靠配合其他IC 内部振荡电路工作内部振荡电路工作））有源晶振有源晶振（（Oscillator ）：：内带运放内带运放内带运放，，工作在最佳状态工作在最佳状态，，送入电源后送入电源后，，可直接输出一定频率的等可直接输出一定频率的等幅幅正弦波（。
（晶振晶振+振动电路振动电路，，封装在一起封装在一起，，加上电源加上电源，，就有波形输出就有波形输出））※无源晶振是有2个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来无源晶振需要用微处理器片内的振荡器，在datasheet 上有建议的连接方法。
无源晶振没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶振可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的微处理器，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。
无源晶振相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。
使用时建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷晶体。
※有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，里面除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件 。
有源晶振不需要微处理器的内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI 型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。
相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，价格相对较高。
晶振与晶体的参数详解晶振和晶体是电子器件中常见的元器件，被广泛应用于各种电子设备中。
下面将详细解释晶振和晶体的参数及其作用。
首先，我们来解释一些晶振的参数：1.频率：晶振频率是指晶振器产生的振荡信号的频率。
晶振的频率通常通过外部电路进行调节，可以根据需要选择不同的频率值。
2.稳定度：晶振的稳定度是指晶振器在一段时间内产生的频率变化范围。
晶振的稳定度越高，产生的频率变化越小，可以提供更稳定、可靠的时钟信号。
3.温度系数：晶振的温度系数是指晶振器频率随温度变化的比例。
温度系数越小，晶振器的频率随温度变化的影响越小。
4.驱动能力：晶振的驱动能力是指晶振器输出信号的电流或电压幅度。
不同的应用场景需要不同幅度的驱动能力。
5.电源电压：晶振器需要一定的电源电压才能正常工作，通常以工作电压范围表示。
接下来，我们来解释一些晶体的参数：1.晶体结构：晶体的结构是指晶体的原子排列方式。
晶体结构可以分为立方晶体、六方晶体、斜方晶体等。
2.晶体尺寸：晶体尺寸是指晶体的长度、宽度和厚度。
晶体的尺寸可以影响晶体的振荡频率和稳定度。
3.谐振频率：晶体的谐振频率是指晶体在特定尺寸和结构下能够实现最佳振荡的频率。
4.谐振模式：晶体的谐振模式是指晶体在振荡时所产生的振动模式，可以分为纵向谐振模式、横向谐振模式等。
5.振荡电路：晶体需要通过外部的振荡电路来产生振荡信号。
振荡电路的设计和参数设置可以影响晶体的性能和稳定度。
晶振和晶体在电子设备中具有重要的作用，主要用于提供稳定的时钟信号和振荡信号。
晶振器通过晶体的振荡产生稳定的信号，可以被用作时钟信号源，用于同步控制电路的工作。
晶振器通常被广泛应用于各种电子设备中，例如计算机、通信设备、汽车电子等。
总结起来，晶振和晶体在电子器件中扮演重要角色，他们的参数和性能直接影响着整个电子设备的稳定性和可靠性。
只有合理选择和使用晶振和晶体，才能确保电子设备的正常工作和性能表现。
晶振基础知识介绍晶振：即所谓石英晶体谐振器(无源)和石英晶体振荡器（有源）的统称。
无源和有源的区别：无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。
石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。
石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。
振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。
振荡器比谐振器多了一个重要技术参数：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。
RR的大小直接影响电路的性能，因此这是各商家竞争的一个重要参数。
晶振的原理：压电效应(物理特性)：在水晶片上施以机械应力时,，会产生电荷的偏移，即为压电效应。
逆压电效应：相对在水晶片上印加电场会造成水晶片的变形即产生逆压电效应，利用这种特性产生机械振荡，变换成电气信号。
晶振的作用：一、为频率合成电路提供基准时钟，产生原始的时钟频率。
二、为电路产生震荡电流,发出时钟信号晶振的分类：一、按材质封装(1).金属封装-SEAMTYPE (2).陶瓷封装-GLASSTYPE二、贴装方式(1).直插封装-DIP (2).贴片封装-SMD三、按产品类型(1).crystal resonator—晶体谐振器（无源晶体）(2).crystal oscillator—晶体振荡器（有源晶振）---SPXO 普通有源晶体振荡器---VCXO电压控制晶体振荡器---TCXO 温度补偿晶体振荡器---VC-TCXO压控温补晶体振荡器(3).crystal filter—晶体滤波器(4).tuning fork x’tal (khz)-水晶振动子部分 KDS晶振图例：DT-14/DT-26/DT-38 DMX-26S DSX220G DSO321SR/221SR HC-49S/AT-49DSX321G/221 G SM-14J DSV531SV DSX530G/840GDSA/B321SDA晶振的名词术语：SMT ：Surface Mount Technology 表面贴装技术SMD ：Surface Mount Device 表面贴装元件OSC ：Oscillator Crystal 晶体振荡器TCXO ：Temperature Compensate X‘tal Oscillator 温度补偿晶体振荡器VC-TCXO ：Voltage Controlled, Temperature Compensated Crystal Oscillator 压控温度补偿晶体振动器 VCXO ：Voltage Control Oscillator 压控晶体振动器 DST410S/310S/210A DSX320G DSA/B321SCL HC-49SMD/SMD-49晶振的重要参数：1、标称频率F：晶体元件规范（或合同）指定的频率。
1、晶体元件参数1. 1等效电路作为一个电气元件，晶体是 由一选泄的晶片，连同在石英上 形成电场能够导电的电极及防护 壳罩和内部支架装這所组成。
晶体谐振器的等效电路图见 图1。
等效电路由动态参数L l . C 1. R l 和并电容C 。
组成。
这些参数之间都是有联系的，一个参数 变化时可能会引起其他参数变化。
而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作 频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。
下面的两个等式是工程上常用的近似式：角频率 ω=l∕λ∕L 1C 1 品质因数Q= 3 L ι∕Rι其中LI 为等效动电感，单位mHCI 为等效电容，也叫动态电容，单位fF RI 为等效电阻，一般叫谐振电阻，单位Q图2、图3、图4给岀了各种频率范围和各种切型实现参数L 1. C 1. R I 的范囤。
对谐振电阻来说，供应商对同一型号的任何一批中可以有3： 1的差别，批和批之间的差别 可能会更大。
对于一给左的频率，采用的晶体盒越小，则R ：和L ：的平均值可能越髙。
图1 简化了的石英鴿体元件等效电路图2常用切型晶体的电感范用1. 2晶体元件的频率，晶体元件的频率通常与晶体盒尺寸和振动模式有关。
一般晶体尺寸越小可获得的最低频率越高。
晶体盒的尺寸确左了所容纳的振子的最大尺寸，在选择产品时应充分考虑可实现的可能性，超出这个可能范圉，成本会急剧增加或成为不可能，当频率接近晶体盒下限时，应与供应商沟通。
下表是不同晶体盒可实现的频率范围。
图4充有一个大气压力气体(90%氮.10%M)气密晶体元件的频率、切型和晶体盒型号振动模式频段(MHZ)HC-49UAT基频 1. 8432-30 BT基频20-40 AT三次泛音20-85 AT五次泛音50-180HC-49SAT基频 3. 579-30 AT三次泛音20-65 AT五次泛音50-150SMD7 × 5AT基频6-40 AT三次泛音33-100 AT五次泛音50-180SMD6×3. 5AT基频8-40 AT三次泛音35-100 AT五次泛音50-180SMD5 X3.2AT基频12-45 AT三次泛音35-100 AT五次泛音60-1801.3频差规左工作温度范I丙及频率允许偏差。
晶振重要基础知识点晶振（Crystal Oscillator）是一种电子元件，作为电路中的重要组成部分，主要用于产生稳定的电信号。
在电子技术领域中，晶振是一项重要的基础知识点，对于电路的设计和工作原理具有关键性的影响。
以下是有关晶振的几个重要基础知识点。
1. 晶体的特性：晶振的核心部件是晶体，通常采用石英晶体。
晶体具有特殊的物理特性，能够产生稳定的振荡频率。
这是由于晶体的晶格结构和内部电荷特性决定的。
因此，晶体的选择对于晶振的性能和稳定性至关重要。
2. 振荡电路的构成：晶振一般包含振荡电路，该电路由晶体振荡器、放大电路和输出电路组成。
晶体振荡器是整个晶振的核心部件，用于产生基准频率信号。
放大电路用于放大振荡器输出的信号，以便提供足够的幅度和驱动能力。
输出电路则将放大后的信号输出给其他电路或系统。
3. 振荡频率和精度：晶振的一个关键参数是振荡频率，即晶体的振荡周期。
该频率取决于晶体的物理特性和电路参数。
晶振的精度取决于晶体的制作工艺和电路设计。
通常情况下，晶振的频率精度可以达到百万分之一甚至更高的水平。
4. 温度特性：晶振的频率通常会随着温度的变化而发生微小的变化，这是由晶体的温度特性决定的。
为了确保晶振在不同温度下的稳定性，通常会采取一些温度补偿措施，例如使用温度补偿电路或选择温度稳定性较好的晶体材料。
5. 应用领域：晶振在电子领域有广泛的应用。
最常见的应用是在时钟电路中，用于提供计时信号。
此外，晶振还用于无线通信设备、计算机系统、自动化控制系统等领域，为这些系统提供稳定的基准时钟信号。
综上所述，晶振作为电子领域的重要基础知识点，涉及晶体的特性、振荡电路的构成、振荡频率和精度、温度特性以及应用领域等方面。
深入理解和熟悉晶振的相关知识，对于电子工程师和电路设计师来说至关重要，能够帮助他们设计出稳定性高、性能优越的电子系统。
《晶振基础知识的综合性概述》一、引言在现代电子技术领域中，晶振（晶体振荡器）作为一种关键的电子元件，发挥着至关重要的作用。
它广泛应用于通信、计算机、消费电子、工业控制等众多领域，为各种电子设备提供稳定的时钟信号。
从我们日常使用的智能手机到复杂的卫星通信系统，晶振都在默默地发挥着它的功能。
本文将对晶振的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、晶振的基本概念1. 定义与作用晶振，即晶体振荡器，是一种利用石英晶体的压电效应制成的频率元件。
它能够产生高度稳定的频率信号，为电子设备提供精确的时钟基准。
在电子系统中，时钟信号就如同心脏的跳动一样，控制着各个部分的同步运行。
没有稳定的时钟信号，电子设备将无法正常工作。
2. 结构组成晶振主要由石英晶体、振荡电路和封装外壳组成。
石英晶体是晶振的核心部件，它具有特定的晶体结构和物理特性，能够在特定的频率下产生谐振。
振荡电路则负责将石英晶体的谐振信号放大并稳定输出，形成稳定的时钟信号。
封装外壳则起到保护内部元件和便于安装的作用。
3. 工作原理晶振的工作原理基于石英晶体的压电效应。
当在石英晶体上施加电场时，晶体内部会产生机械变形；反之，当晶体受到机械力作用时，会在晶体内部产生电场。
利用这种特性，将石英晶体接入振荡电路中，当电路中的反馈信号与晶体的谐振频率相匹配时，就会产生稳定的振荡信号。
三、晶振的核心理论1. 石英晶体的物理特性石英晶体具有很高的品质因数（Q 值），这意味着它在谐振时的能量损耗非常小，能够产生非常稳定的频率信号。
此外，石英晶体的频率温度特性也非常好，在一定的温度范围内，其频率变化非常小。
这些物理特性使得石英晶体成为制作晶振的理想材料。
2. 振荡电路的设计原理振荡电路的设计是晶振的关键技术之一。
常见的振荡电路有皮尔斯振荡器、考毕兹振荡器等。
这些振荡电路的设计原理是通过正反馈机制，将石英晶体的谐振信号放大并稳定输出。
晶振的工作原理
晶振（Crystal Oscillator）是一种用于产生稳定频率的电子元件，广泛应用于各种电子设备中。
它是基于晶体的压电效应而工作的，能够将电能转换为机械振动，进而产生稳定的电信号。
晶振的工作原理可以分为以下几个方面：
1. 晶体的压电效应：晶振的核心部件是晶体，通常使用的是石英晶体。
石英晶体具有压电效应，即在受到外力作用时会产生电荷分布的变化，从而产生电势差。
这种压电效应使得晶体具有机械振动的能力。
2. 电路的谐振：晶振通常采用谐振电路来实现稳定的振荡。
谐振电路由晶体、电容和电感等元件组成，通过调整电路的参数，使得电路能够在特定的频率下产生谐振。
晶振的频率由晶体的物理特性决定，通过选择适当的晶体和电路参数，可以实现所需的频率输出。
3. 反馈放大：晶振在工作过程中需要保持振荡的稳定性，这就需要通过反馈放大来实现。
晶振电路中通常会添加一个放大器，将晶体的输出信号放大后再送回给晶体，使其继续产生振荡。
通过适当的反馈，可以实现振荡频率的稳定。
4. 温度补偿：晶振的频率受到温度的影响较大，为了保持频率的稳定，通常会在晶振电路中加入温度补偿电路。
温度补偿电路可以根据环境温度的变化自动调整电路参数，使得晶振的频率保持在稳定的范围内。
总结起来，晶振的工作原理是基于晶体的压电效应和谐振电路的相互作用。
通过合理设计电路参数和加入温度补偿电路，可以实现稳定的频率输出。
晶振广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、通信设备等，为这些设备提供稳定的时钟信号和频率参考。
1、晶体元件参数 1.1等效电路
作为一个电气元件，晶体是由一选定的晶片，连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成。
晶体谐振器的等效电路图见图1。
等效电路由动态参数L 1、C 1、R 1和并电容C 0组成。
这些参数之间都是有联系的，一个参数变化时可能会引起其他参数变化。
而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。
下面的两个等式是工程上常用的近似式：
角频率ω=1/11C L 品质因数Q=ωL 1/R 1
其中 L1为等效动电感，单位mH
C1为等效电容，也叫动态电容，单位fF R1为等效电阻，一般叫谐振电阻，单位Ω
图2、图3、图4给出了各种频率范围和各种切型实现参数L 1、C 1、R 1的范围。
图2常用切型晶体的电感范围 图3 常用切型的电容范围
对谐振电阻来说，供应商对同一型号的任何一批中可以有3：1的差别，批和批之间的差别可能会更大。
对于一给定的频率，采用的晶体盒越小，则R 1和L 1的平均值可能越高。
1.2 晶体元件的频率，
晶体元件的频率通常与晶体盒
尺寸和振动模式有关。
一般晶体尺
寸越小可获得的最低频率越高。
晶
体盒的尺寸确定了所容纳的振子的
最大尺寸，在选择产品时应充分考
虑可实现的可能性，超出这个可能
范围，成本会急剧增加或成为不可
能,当频率接近晶体盒下限时,应与
供应商沟通。
下表是不同晶体盒可
实现的频率范围。
图4 充有一个大气压力气体
（90%氮、10%氦）
的气密晶体元件的频率、切型和电阻范围
1.3 频差
规定工作温度范围及频率允许偏差。
电路设计人员可能只规定室温频差，但对于在整个工作温度范围内要求给定频差的应
用，除了给定室温下的频差还应给出整个工作温度范围内的频差。
给定这个频差时，应充分
考虑设备引起温升的容限。
通常有两种方法规定整个工作温度范围的频差。
1）规定总频差
如从-10℃—+85℃，总频差为±50×10-6，通常这种方法一般用于具有较宽频差而不采
用频率微调的应用场合。
2）规定下列部分频差
基准温度下的频差为±10×10-6
在-30—+60℃温度范围内，相对于基准温度实际频率的频差±20×10-6，这种方法常用于较严频差，靠频率牵引来消除基准温度下的频差的场合。
对于温度曲线为抛物线的BT切晶体，可以规定基准温度下的频差为正公差，如+20×10-6。
一般来讲,应该根据系统的要求来确定晶体元件的工作范围及频率允许偏差。
1.4 频率温度特性
频率温度特性随所用的振动模式不同其变化相当大，图5给出了常用切型的频率温度特性关系的理论曲线。
常用的晶体谐振器主要是AT切的BT切型，由于AT切的温度频差更容易控制，因此温度频差要求较严的晶体多选用AT切晶体，图6给出了比较完整的一系列AT 切晶体的频率温度特性的理论曲线。
这些曲线表明，可以选定特定的角度范围来保证在规定的温度范围内得到规定的性能。
实际上由于设计制造的多种限制，这些理论曲线仅供做为指导性资料。
应当说明的是在选择较小的温度频差时需要付出较高的代价。
对于一般用作数字电路（如PC）时钟的应用场合，±30×10-6、、±50×10-6的温度频差已经足够了，只有在通信系统和精确计时基准的应用时才会考虑更严的温度频差。
图7表明了AT切晶体当规定特别小温度频差时所花费的代价。
过严的频差会导致制造成本的增加，设计人员应充分评估所需的频差范围。
1.5 激励电平的影响
实际上，所有晶体元件的频率都在一定程度上随激励电平变化而变化(微量变化)，一般来说，AT切晶体的频率会随激励电平增大而略有升高。
过高的激励电平会导致谐振器温度特性的畸变，并激活寄生模。
过高的激励使晶体发热和应力过大，从而产生不可逆的频率漂移。
非常低的激励电平（数微瓦或更低）下，晶体元件的谐振电阻可能比在额定激励电平下电阻值高很多，以致使振荡器越振越困难。
这种效应经过一段非工作状态的贮存后会加剧，这就是激励电平相关性（DLD）。
因此，晶体在电路中实际使用的激励电平不应过大和过小。
下面是IEC推荐的激励功率的常用值。
2mw、1mw、0.1mw（100μw）、0.05mw（50μw）、0.02mw（20μw）、0.01mw（10μw）、0.001 mw(1μw)
优选值 5MHz以下 500μw，以上一般 100μw。
1.6 老化
晶体谐振频率和谐振电阻都随时间的延续而变化，这就是所说的老化，人们最关注的是谐振频率随时间的变化。
对AT切晶体来说，在晶体使用初期，老化主要受元件内部应力释放影响，频率向升高方向变化，而后期受电极膜吸附的影响，，其频率按对数关系向降低方向变化，随时间增加变化量逐渐降低，见图4。
为减小出厂时的老化率，生产商大都对产品进行了预老化。
对老化指标，一般都规定产品的老化水平,而它并非明确的试验条件,这种“水平”，是通过生产有计划的抽检而获得的。
可能某些个别晶体元件比规定水平会差，这是允许的。
目前电阻焊密封的石英晶体元件的老化率水平可以控制±5×10-6以下，对于普通精度产品（频差大于±30×10-6）的应用来说，老化指标对元件工作影响并不是很重要，对于小
公差（±0×10-6）以下）的晶体元器件来说老化是需要关注的指标。
图4典型老化曲线
1.7 寄生响应
晶体元件除了主响应（主频率）外还有其它频率响应，比较明显的是主响应的泛音，对工作于泛音模的晶体元件，就是基频率和其它的泛音。
对寄生响应来说，要离开主响应一段距离，以便在设计电路中将其滤除，另一方面，寄生响应幅值应小于主响应。
一般规定主响应附近某频率范围的下述比值。
寄生响应谐振电阻
主响应的谐振电阻
制造商在进行标准产品设计时已把这种影响减小到最低程度，再加上振荡器的合理设计极少出现问题。
但是为了要求有一个较大的频率牵引能力，或一个较大的C1时，或高激励情况下都会使寄生响应变坏。
如果认为振荡器有可能在寄生响应处起振，那么应进行寄生响应的试验。
AT切泛音晶体的寄生响应无疑是比较接近主响应而且幅度较大，规范中需要有寄生响应试验。
1.8负载电容和频率牵引
在许多情况下，都有用负载电容来牵引晶体频率的要求。
这对于调整制造公差，在锁相回路中以及调频应用中可能是必要的。
图8a、是不带负载电容的晶体元件，晶体元件跟负载并联。
图8b 是晶体元件跟负载电容C L 串联，串联负载电容主要用在振荡器电路中，
a)单独的晶体元件 b)晶体元件和负载电容C L 串联 c)晶体元件与负载电容C L 并联
图8
晶体和电容器组合相当于一个在负载谐振器频率f L 处具有图12a 相类似的低阻抗状态的晶体元件。
图8c C L 与晶体元件并联的，网络在谐振频率上呈高阻抗，这种组合主要用在滤波器电路中，其Q 值会大大降低。
无论是负载电容与晶体元件串联还是并联，负载电容对负载谐振频率的影响都是相同的，下式能算出相对负载谐振频率偏移
D L =
r r L f f f -≈)C C (2C L 01
+ 有时用牵引灵敏度表示负载电容对频率的调节能力
S=-
2
L 01
)
C C (2C +
下表是典型条件的牵引灵敏度
通常负载电容的值越大对频率所产生的牵引越小，负载电容的优选值见3.1.需要注意的是如果负载电容过小则可能造成振荡电路起振困难，同时使有用小的负载电容时，电容值稍有变化时会造成频率产生较大的漂移。
如10pF的负载电容每pF牵引50×10-6的频率变化，频率测量的准确度会比较难以控制。
如果确有需要应与供应商进行频率的比对，确保满足使用要求。
下面的标准值是IEC的推荐值，建议选用。
当特殊需要时应与供应商沟通。
在负载电容小于10pF时频率测量精度会受到不利影响。
