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晶振的工作原理

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时间：二O二一年七月二十九日

时间：二O二一年七月二十九日 之马矢奏春创作 时间：二O二一年七月二十九日 晶振的工作原理：晶振是晶体振荡器的简称,在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再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是串联谐振,较高的频率是并联谐振.由于晶体自身的特性导致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动很年夜,这个振荡器的频率也不会有很年夜的变动. 晶振的参数：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,就可以获得晶振标称的谐振频率. 晶振的应用：普通的晶振振荡电路都是在一个反相放年夜器（注意是放年夜器不是反相器）的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每一个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该即是负载电容,请注意普通IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略. 普通的晶振的负载电容为15p或者12.5p ,如果再考虑元件引脚的等时间：二O二一年七月二十九日

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效输入电容,则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比力好的选择. 晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型.无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称分歧,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华发生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法其实禁绝确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器. 晶振的种类：谐振振荡器包括石英（或者其晶体资料）晶体谐振器,陶瓷谐振器,LC谐振器等. 晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器. 石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应,从物理学中知道,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体发生机械变形；反之,若在极板间施加机械力,又会在相应的方向上发生电场,这种现象称为压电效应.如在极板间所加的是交变电压,就会发生机械变形振动,同时机械变形振动又会发生交变电场.普通来说,这种机械振动的振幅是比力小的,其振动频率则是很稳定的.但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时,机械振动的幅度将急剧增加,这种现象称为压电谐振,因此石英晶体又称为石英晶体谐振器. 其特点是频率稳定度很高. 晶振的万用表测试方法：小技巧：没有示波器情况下如何丈量晶振是否起振? 时间：二O二一年七月二十九日

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可以用万用表丈量晶振两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半,比如工作电压是5V则测出的是否是2.5V摆布.此外如果用镊子碰晶体此外一个脚,这个电压有明显变动,证明是起振了的. 小窍门：就是弄一节1.5V的电池接在晶振的两端把晶振放到耳边子细的听,当听到嗒嗒的声音那就说明它起振了,就是好的嘛！ 1.电阻法 把万用表拨在R×10K挡,丈量石英晶体两引脚间的电阻值应为无穷年夜.如果丈量出的电阻值不是无穷年夜甚至接近于零,则说明被测晶体漏电或者击穿. 这种法子只能测晶体是否漏电,如果晶体内部呈现断路,电阻法就无能为力了,此时必需采用下面介绍的方法 2 .自制测试器 按图所示电路,焊接一个简易石英晶体测试器,就可以准确地测试出晶体的好坏.图中XS1、XS2两个测试插口可用小七脚或者小九脚电子管管座中拆下来的插口.LED发光管选择高亮度的较好. 检测石英晶体时,把石英晶体的两个管脚拔出到XS1和XS2两个插口中,按下开关SB,如果石英晶体是好的则由三极管VT1、C1、C2等元器件构成的震荡电路发生震荡,震荡信号经C3耦合至VD2检波,检波后的直流信号电压使VT2导通,于是接在VT2集电极回路中的时间：二O二一年七月二十九日

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LED发光,指示被测石英晶体是好的,如果LED不亮,则说明被测石英晶体是坏的.本测试器测试石英晶体的频率很宽,但最佳工作频率为几百千赫至几十兆赫. 一个简易石英晶体测试器 晶振的稳定性指标 总频差：在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最年夜偏差. 说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最年夜频差.普通只在对短时间频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场所采用.例如：精密制导雷达. 频率稳定度：任何晶振,频率不稳定是绝对的,水平分歧而已.一个晶振的输出频率随时间变动的曲线如图2.图中暗示出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳. 时间：二O二一年七月二十九日

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图2 晶振输出频率随时间变动的示意图 曲线1是用0.1秒丈量一次的情况,暗示了晶振的短稳；曲线3是用100秒丈量一次的情况,暗示了晶振的漂移；曲线4 是用1天一次丈量的情况.暗示了晶振的老化. 频率温度稳定度：在标称电源和负载下,工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或者带隐含基准温度的最年夜允许频偏. ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin) ftref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜,｜(fmin-fref)/fref｜] ft：频率温度稳定度(不带隐含基准温度) ftref：频率温度稳定度(带隐含基准温度) fmax ：规定温度范围内测得的最高频率 fmin：规定温度范围内测得的最低频率 fref：规定基准温度测得的频率 时间：二O二一年七月二十九日

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说明：采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高. 开机特性（频率稳定预热时间）：指开机后一段时间(如5分钟)的频率到开机后另一段时间(如1小时)的频率的变动率.暗示了晶振到达稳定的速度.这指标对时常开关的仪器如频率计等很实用. 说明：在大都应用中,晶体振荡器是长期加电的,然而在某些应用中晶体振荡器需要频繁的开机和关机,这时频率稳定预热时间指标需要被考虑到（特别是对在苛刻环境中使用的军用通讯电台,当要求频率温度稳定度≤±0.3ppm(-45℃～85℃),采用OCXO作为本振,频率稳定预热时间将不少于5分钟,而采用MCXO只需要十几秒钟). 频率老化率：在恒定的环境条件下丈量振荡器频率时,振荡器频率和时间之间的关系.这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变动造成的,因此,其频率偏移的速率叫老化率,可用规按时限后的最年夜变动率（如±10ppb/天,加电72小时后）,或者规定的时限内最年夜的总频率变动（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））来暗示. 晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题.应力要经过一段时间的变动才华稳定,一种叫“应力赔偿”的晶体切割方法（SC切割法）使晶体有较好的特性. 时间：二O二一年七月二十九日

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污染物和残留气体的份子会堆积在晶体片上或者使晶体电极氧化,振荡频率越高,所用的晶体片就越薄,这种影响就越厉害.这种影响要经过一段较长的时间才华逐渐稳定,而且这种稳定随着温度或者工作状态的变动会有反复——使污染物在晶体概况再度集中或者分散.因此,频率低的晶振比频率高的晶振、工作时间长的晶振比工作时间短的晶振、连续工作的晶振比断续工作的晶振的老化率要好. 说明：TCXO的频率老化率为：±0.2ppm～±2ppm（第一年）和±1ppm～±5ppm（十年）（除特殊情况,TCXO很少采用每天频率老化率的指标,因为即使在实验室的条件下,温度变动引起的频率变动也将年夜年夜超越温度赔偿晶体振荡器每天的频率老化,因此这个指标失去了实际的意义）. OCXO的频率老化率为：±0.5ppb～±10ppb/天（加电72小时后）,±30ppb～±2ppm（第一年）,±0.3ppm～±3ppm（十年）. 短稳：短期稳定度,观察的时间为1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒. 晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而发生频谱很宽的不稳定.丈量一连串的频率值后,用阿伦方程计算.相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有专用仪器丈量). 时间：二O二一年七月二十九日

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重现性：界说：晶振经长期工作稳定后关机,停机一段时间t1(如24小时),开机一段时间t2(如4小时),测得频率f1,再停机同一段时间t1,再开机同一段时间t2,测得频率f2.重现性=(f2-f1)/f2. 频率压控范围：将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量. 说明：基准电压为＋2.5V,规定终点电压为＋0.5V和＋4.5V,压控晶体振荡器在＋0.5V频率控制电压时频率改变量为-2ppm,在＋4.5V频率控制电压时频率改变量为＋2.1ppm,则VCXO电压控制频率压控范围暗示为：≥±2ppm(2.5V±2V),斜率为正,线性为+2.4%. 压控频率响应范围：当调制频率变动时,峰值频偏与调制频率之间的关系.通时常使用规定的调制频率比规定的调制基准频率低若干dB暗示. 说明：VCXO频率压控范围频率响应为0～10kHz. 频率压控线性：与理想（直线）函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数暗示整个范围频偏的可容许非线性度. 说明：典范的VCXO频率压控线性为：≤±10%,≤±20%.简单的VCXO频率压控线性计算方法为(当频率压控极性为正极性时)： 时间：二O二一年七月二十九日

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频率压控线性＝±((fmax-fmin)/ f0)×100% fmax：VCXO在最年夜压控电压时的输出频率 fmin：VCXO在最小压控电压时的输出频率 f0：压控中心电压频率 单边带相位噪声￡(f)：偏离载波f处,一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比. 输出波形：从年夜类来说,输出波形可以分为方波和正弦波两类. 方波主要用于数字通信系统时钟上,对方波主要有输出电平、占空比、上升/下降时间、驱动能力等几个指标要求. 随着科学技术的迅猛发展,通信、雷达和高速数传等类似系统中,需要高质量的信号源作为日益复杂的基带信息的载波.因为一个带有寄生调幅及调相的载波信号（不干净的信号）被载有信息的基带信号调制后,这些理想状态下不应存在的频谱成份（载波中的寄生调制）会招致所传输的信号质量及数传误码率明显变坏.所以作为所传输信号的载体,载波信号的干净水平（频谱纯度）对通信质量有着直接的影响.对正弦波,通常需要提供例如谐波、噪声和输出功率等指标. 晶振的应用： 时间：二O二一年七月二十九日

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图3为红外线发射出电路. 图4为晶振式发射机电路 .电路中Ｊ、ＶＤ１、Ｌ１、Ｃ３～Ｃ５、Ｖ１组成晶体振荡电路.由于石英晶体Ｊ的频率稳定性好,受温度影响也较小,所以广泛用于无绳德律风及ＡＶ调制器中.Ｖ１是２９～３６ＭＨｚ晶体振荡三极管,发射极输出含有丰富的谐波成份,经Ｖ２放年夜后,在集电极由Ｃ７、Ｌ２构成谐振于８８～１０８ＭＨｚ的网络选出３倍频信号（即８７～１０８ＭＨｚ的信号最强）,再经Ｖ３放年夜,Ｌ３、Ｃ９选频后获得较理想的调频频段信号.频率调制的过程是这样的,音频电压的变动引起ＶＤ１极间电容的变动,由于ＶＤ１与晶体Ｊ

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有源晶振典型电路

有源晶振典型电路

有源晶振典型电路

有源晶振典型电路是一种常见的电子元件，用于提供稳定的时钟信号或振荡信号给其他电路使用。它被广泛应用于许多电子设备中，如计算机、手机、电视等。本文将介绍有源晶振典型电路的工作原理和应用。

有源晶振典型电路由晶振、放大器和反馈电路组成。晶振是一个压电振荡器，通过其内部的石英晶体产生稳定的振荡信号。放大器将晶振输出的微弱信号放大到足够的幅度，以便它可以被其他电路正确识别和使用。反馈电路则用于保持晶振输出信号的稳定性和准确性。

有源晶振典型电路的工作原理是这样的：晶振通过晶体的压电效应将电能转换为机械振动，然后通过放大器放大振动信号，并通过反馈电路将一部分放大后的信号再次输入到晶体上。晶体对这个反馈信号作出响应，继续振荡并产生更稳定的振荡信号。这种反馈机制使得晶振能够产生高度稳定的振荡信号。

有源晶振典型电路的应用非常广泛。在计算机中，它用于提供CPU和其他关键组件的时钟信号，确保它们能够同步工作，并保证计算机的稳定性和性能。在手机和电视等消费电子产品中，它用于控制显示屏的刷新率和音频信号的处理。此外，有源晶振典型电路还可以用于无线通信系统、测量设备、工业自动化等领域。

有源晶振典型电路是一种重要的电子元件，它通过晶振、放大器和反馈电路的组合工作原理，能够提供稳定的时钟信号或振荡信号给其他电路使用。它的应用非常广泛，涵盖了计算机、手机、电视等各个领域。有源晶振典型电路的稳定性和准确性对于电子设备的正常运行和性能至关重要。

无源晶振的工作原理

无源晶振的工作原理

无源晶振的工作原理

无源晶振（Passive Crystal Oscillator）是一种常见的频率稳定的时钟源，广泛应用于各种电子设备中。它的工作原理是基于晶体的谐振现象。

我们来了解一下晶体的基本结构。晶体是由具有高度有序排列的原子或分子组成的固体材料。晶体的结构使得它具有谐振的特性。在晶体中，原子或分子会固定在某个位置上，并围绕这个平衡位置做微小的振动。

在无源晶振中，晶体通常是以石英晶体为基础的。石英晶体是一种具有高度结晶的石英矿石，它具有良好的机械和电学特性，被广泛应用于无源晶振中。

当一个外部电压施加在石英晶体上时，晶体会发生形变，这种形变会产生电场。根据压电效应，电场会导致晶体的形状发生变化，进而引起晶体内部的原子或分子发生位移。当外部电压消失时，晶体会回到初始的形态，这种振动会持续下去，形成一个稳定的谐振。

在无源晶振中，石英晶体被作为振荡器的关键元件。石英晶体通常被加工成一个薄片，并在其表面上沉积金属电极。当一个电压施加在晶体上时，电场会引起晶体的形变，产生机械振动。这种振动会导致晶体上的金属电极发生电荷分布的变化，进而引起电流的流动。这个电流的频率就是晶体的谐振频率，也就是无源晶振的输出频率。

为了保持无源晶振的稳定性，通常会在振荡回路中加入反馈电路。反馈电路可以将一部分输出信号反馈到振荡器的输入端，使得振荡器能够自我激励并保持稳定的振荡。同时，为了保证输出频率的稳定性，无源晶振通常会采用特定的电路设计和精密的元件选型。

无源晶振的频率稳定性主要取决于石英晶体的特性和电路的设计。石英晶体具有良好的机械和电学特性，能够提供较高的频率稳定性。而电路的设计则需要考虑到信号的衰减、噪声的影响以及电路的温度稳定性等因素，以保证无源晶振的输出频率在各种工作条件下都能保持稳定。

总结起来，无源晶振是一种基于晶体的谐振现象工作的时钟源。它通过石英晶体的压电效应产生稳定的机械振动，并将其转化为电信号输出。通过合适的电路设计和反馈机制，无源晶振能够提供稳定可靠的时钟信号，广泛应用于各种电子设备中。

ad电路板中晶振作用

ad电路板中晶振作用

AD电路板中晶振的作用

1. 引言

在现代电子设备中，晶振（Crystal Oscillator）是一种广泛应用的元件，尤其在AD（模数转换器）电路板中起着至关重要的作用。本文将详细介绍AD电路板中晶振的作用及其原理。

2. 晶振的基本原理

晶振是一种能够产生稳定频率信号的元件。它由一个压电谐振器和放大电路组成。压电谐振器通常采用石英晶体，因为石英具有稳定性好、温度特性低等优点。当施加外加电场时，石英晶体会发生形变，从而产生机械振动。这些机械振动通过放大电路被转换为电信号输出。

3. AD电路板中晶振的作用

AD电路板是一种将模拟信号转换为数字信号的设备。在AD转换过程中，精确的时钟同步非常重要。而晶振正是提供这个时钟同步信号的关键元件。

3.1 提供稳定且精确的时钟信号

AD转换器需要一个准确可靠、频率稳定的时钟信号来驱动其内部运算。晶振作为一种稳定频率元件，能够提供准确的时钟信号，并保持其频率在规定范围内的变化非常小。这样可以确保AD转换器在进行模拟信号转换时，能够按照精确的时间间隔进行采样，从而保证转换结果的准确性。

3.2 抑制时钟抖动

在AD电路中，由于各种干扰因素的存在，时钟信号可能会产生抖动。抖动指的是时钟信号在其理论频率上发生微小的波动。这种波动会导致AD转换器工作不稳定，进而影响转换结果的精度。晶振具有较高的频率稳定性和低抖动特性，能够有效抑制时钟信号的抖动现象，从而提高AD电路板整体性能。

3.3 同步不同模块之间的数据传输

在复杂的AD电路板中，通常存在多个模块之间需要进行数据传输和处理。这些模块可能具有不同的工作频率和采样速度。晶振提供了一个统一、可靠且精确的时钟参考信号，在不同模块之间保持数据传输的同步性。通过晶振提供的时钟信号，各个模块能够按照相同的时间间隔进行数据采样和处理，从而确保数据传输的准确性和一致性。 3.4 降低噪声干扰

在AD电路中，噪声是一个不可避免的问题。晶振作为时钟信号源，可以通过其稳定且精确的特性来降低噪声干扰对AD转换器的影响。晶振提供的稳定时钟信号能够使得AD转换器在固定时间点进行采样，从而减少外部噪声对转换结果的影响。

晶振的工作原理

晶振的工作原理

令狐采学创作

令狐采学创作 晶振的工作原理：晶振是晶体振荡器的简称，在电气上它可以等效成一个电容和一个电阻并联再串连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是串连谐振，较高的频率是并联谐振。由于晶体自身的特性致使这两个频率的距离相当的接近，在这个极窄的频率规模内，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响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规模很窄，所以即使其他元件的参数变更很年夜，这个振荡器的频率也不会有很年夜的变更。

令狐采学

晶振的参数：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，就可以获得晶振标称的谐振频率。

晶振的应用：一般的晶振振荡电路都是在一个反相放年夜器（注意是放年夜器不是反相器）的两端接入晶振，再有两个电容辨别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地，这两个电容串连的容量值就应该即是负载电容，请注意一般IC的引脚都有等效输入电容，这个不克不及忽略。

一般的晶振的负载电容为15p或12.5p ，如果再考虑元件引脚的令狐采学创作

令狐采学创作 等效输入电容，则两个22p的电容构成晶振的振荡电路就是比较好的选择。

晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文名称不合，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干产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法其实禁绝确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。

晶振的种类：谐振振荡器包含石英（或其晶体资料）晶体谐振器，陶瓷谐振器，LC谐振器等。

晶振与谐振振荡器有其共同的交集有源晶体谐振振荡器。

石英晶片所以能做振荡电路（谐振）是基于它的压电效应，从物理学中知道，若在晶片的两个极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之，若在极板间施加机械力，又会在相应的标的目的上产生电场，这种现象称为压电效应。如在极板间所加的是交变电压，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。一般来说，这种机械振动的振幅是比较小的，其振动频率则是很稳定的。但当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（决定于晶片的尺寸）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为压电谐振，因此石英晶体又称为石英晶体谐振器。 其特点是频率稳定度很高。