晶振的原理结构与区别

时间： 2024-07-09 来源：晶鸿兴官网

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晶振：指的是石英晶体谐振器(quartzcrystalunit)和石英晶体振荡器(crystaloscillator)的统称。分为有源晶振、无源振。

无源晶振：就是一个晶体，本身不能振荡,依靠配合其他IC内部振荡电路工作。

有源晶振：晶体+振荡电路，封装在一起。给他供上电源，就有波形输出。

晶振全称为晶体振荡器，其作用在于产生原始的时钟频率，这个频率晶振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。

晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。

晶体有一个很重要的特性，如果给它通电，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械力，它又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。

由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即Q值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

1、原理结构

贴片无源晶振无源晶体——无源晶体需要用DSP片内的振荡器，无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据振电路来决定的，同样的晶体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DSP，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。

无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要匹配外围电路（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。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警惕。

几点注意事项：

1.需要倍频的DSP需要配置好PLL周边配置电路，主要是隔离和滤波；

2.20MHz以下的晶体晶振基本上都是基频的器件，稳定度好，20MHz以上的大多是谐波的（如3次谐波、5次谐波等等），稳定度差，因此强烈建议使用低频的器件，毕竟倍频用的PLL电路需要的周边配置主要是电容、电阻、电感，其稳定度和价格方面远远好于晶体晶振器件；

3.时钟信号走线长度尽可能短，线宽尽可能大，与其它印制线间距尽可能大，紧靠器件布局布线，必要时可以走内层，以及用地线包围；

4.通过背板从外部引入时钟信号时有特殊的设计要求，需要详细参考相关的资料。此外还要做一些说明：总体来说晶振的稳定度等方面好于晶体，尤其是精密测量等领域，绝大多数用的都是高档的晶振，这样就可以把各种补偿技术集成在一起，减少了设计的复杂性。

试想，如果采用晶体，然后自己设计波形整形、抗干扰、温度补偿，那样的话设计的复杂性将是什么样的呢？我们这里设计射频电路等对时钟要求高的场合，就是采用高精度温补晶振的，工业级的要好几百元一个。

特殊领域的应用如果找不到合适的晶振，也就是说设计的复杂性超出了市场上成品晶振水平，就必须自己设计了，这种情况下就要选用晶体了，不过这些晶体肯定不是市场上的普通晶体，而是特殊的高端晶体，如红宝石晶体等等。更高要求的领域情况更特殊，我们这里在高精度测试时采用的时钟甚至是原子钟、铷钟等设备提供的，通过专用的射频接插件连接，是个大型设备，相当笨重。

2、区别差异

1.有源晶振与无源晶振的区别

晶振无源晶振为crystal（晶体）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，自身无法荡起来；

有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。

2.无源晶振和有源晶振的优缺点

无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需要匹配外围电路（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。

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振。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，而且价格高。

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