【经验】解析有源晶振电路设计的七个关键考虑因素

时间： 2022-10-25 来源：晶科鑫官网

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如何才能设计一个高效的有源晶振电路图，首先要了解什么是有源晶振电路？这个是属于有源晶振的基础知识。有源晶振电路由一个放大器和一个反馈网络组成。反馈网络从放大器获得特定的输出，并将其送回放大器的输入。它在画出来的时候看起来相当简单（如下图所示，Amplifier：放大器，Feedback Network：反馈网络）。

图 1

但越往深处走，就越复杂。晶体振荡器电路要有效运行，必须满足2个关键条件：

●环路功率增益必须等于齐音

●环路相移必须相当于0、2Pi、4Pi等弧度。

引导回放大器输入的功率必须足以供应放大器输入、振荡器产量，并克服电路损耗。振荡器的精确频率是由振荡器电路内的环路相移决定的。相移的任何变化都会导致频率的变化。减少净相移的最佳方法之一是在反馈回路中使用石英晶体。当石英晶体被用于振荡器的反馈回路时，振荡器的频率输出实际上是自我调节的。石英晶体创造了一个满足相位环路要求的电抗。

晶体振荡器电路设计的7个关键考虑因素

●串联电路

串联电路晶体振荡器使用被设计为在其自然谐振频率下工作的晶体。这种类型的电路在反馈回路中不需要电容。串联谐振振荡器电路是相当基本的，由于其元件数量少，通常被使用。

串联电路可以提供除通过晶体以外的反馈路径。这意味着电路可以继续以主观的频率振荡......甚至在晶体失效期间也是如此。

串联电路的一个显著缺点是，如果系统需要修改，你不能调整输出频率。串联谐振晶体是按照首选的频率、容差和稳定性设计的，并且不需要选择调整就能保持。

●负载电容

负载电容在振荡器电路设计中可以发挥关键作用。你会在下一个设计考虑中看到一个关于负载电容重要性的例子，但现在，让我们仔细看看负载电容本身。

负载电容被描述为在电路中的晶体终端上测量或计算的电容量。

说到串联电路，晶体电路的连接点之间没有电容。因此，电路中没有负载电容。对于并联电路来说，情况就不同了。

要确定并联电路中的负载电容，使用这个方便的方程式。

在这个方程中，LC1和LC2代表负载电容。Cs是电路的流浪电容（通常在3到5pF之间）。

●并联电路

并联谐振电路是用一个晶体来设计的，这个晶体被设计成在特定的负载电容下工作。这导致晶体振荡器的工作频率高于串联谐振频率，但低于真正的并联谐振频率。

为了完成这种类型的电路的反馈回路，你必须设计通过晶体的路线。如果晶体失效，电路将不再振荡。

那么，决定振荡器频率的“负载电容”从何而来？这个电路实际上使用了一个单独的变频器，在反馈回路中有两个电容，包括了负载电容。如果负载电容改变，振荡器产生的频率也会改变。

说到这里，需要注意的是，如果需要调整的话，这种电路类型并不适合于轻松调整频率。另外，需要精确的频率控制和精确的负载电容规格。

例如，如果一个容量为20pF的20MHz晶体被放置在一个评估为30pF的电路中，那么晶体将低于规定值。然而，如果该电路的评估值只有10pF，那么频率将高于规定值。

●驱动功率

驱动电平是指晶体在工作时消耗的功率大小。功率通常以毫瓦或微瓦来描述。

石英晶体被指定为一个特定的最大驱动电平值，可以影响振荡器的频率和操作模式。与你的晶体振荡器供应商合作，确定石英振荡器可以承受的最大驱动水平是很重要的。

那么，如果晶体振荡器超过了最大驱动水平会发生什么？它可能导致振荡器

●变得不稳定

●加快老化率

●导致关键应用中的通信或计时损失

要计算晶体的驱动电平，请使用这个公式（基本上只是欧姆定律，但对功率而言）：Drive Level=（Irms2xR），式种：Irms=通过石英晶体的测量均方根电流；R=石英晶体的最大电阻；

为了测量晶体振荡器电路的实际驱动电平，你可以在晶体电路中插入一个电阻。然后可以读取电阻上的压降来计算电流和功率耗散。当然，要确保在这次测量后将电阻移走。

●频率和模式

晶体振荡器的频率可能受到物理尺寸的限制。有时，这可能是某些应用的长度和宽度。其他时候，它可能是石英晶体本身的厚度。石英晶圆越薄，频率就越高。石英晶圆的厚度通常在30MHz左右会变得太薄，无法处理。

如果需要一个频率高于极限频率的振荡器，可以利用“基频”。基频是“由一个物体的整体振荡产生的最低频率，与更高频率的谐波不同”。如果一个晶体的基本频率是10兆赫，它也可以以3、5、7等倍的基本频率进行振荡。因此，振荡器可以在30MHz、50MHz、70MHz等频率下振荡。这些都是该频率的泛音。

当需要使用泛音频率时，晶体制造商必须将晶体设计成在所需的泛音频率下工作。千万不要试图订购一个基频模式的晶体，然后用另一个所需的泛音来操作，因为基频晶体和泛音晶体的制造工艺是不同的。

●设计考虑因素

为了实现最佳的振荡器电路操作，应该遵循一些设计上的考虑。有一点一直被推荐的是，在电路中应避免使用平行线。这样做可以减少杂散电容。所有线路应尽可能地短，以防止耦合。通过使用地平面来保持元件的隔离，也可以对此有所帮助。

●负电阻

振荡器的设计必须加强“负电阻”以获得最佳性能。负电阻也经常被称为“振荡津贴”。

这里有6个简单的步骤来帮助你计算振荡器电路中的负电阻

●暂时将一个可变电阻器与晶体串联起来

●将电阻调到最低设置（接近零欧姆）

●给振荡器通电，在示波器上监测输出

●当你持续监测示波器信号时，开始使用可变电阻增加电路中的电阻

●一旦振荡停止，记下可变电阻以确定欧姆值

●将晶体的最大电阻值（由供应商指定）与步骤5中测量的欧姆值相加

这个计算出来的总值就是“负电阻”或“振荡余量”。作为一般的经验法则，负电阻应至少是晶体规定的最大电阻值的5倍才可靠。

以上就是晶科鑫在有源晶振电路上设计上的一个建议，希望大家在设计振荡器电路上少走弯路，能够更快的完成晶振产品电路上的设计与产品相匹配。

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2020年07月15日 - 晶光华 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

晶科鑫（SJK）晶体振荡器选型指南（简版）

描述- SJK founded in 1989,is a manufacturing-type enterprise of frequency control products.It owns independent brand SJK and complete product line including small SMD crystal oscillator,traditional DIP crystal and oscillator,high-end oscillator(including OSC,VCXO,TCXO,OCXO,VC-TCXO,LVDS/PECL output),SAW device,crystal filter(MCF) and other products.

型号- 7W,3S,7X,7Y,7Z,3V,3X,8N,8T,8W,5VH,7VH,9D,6LC,5D,9J,7DU1,5H,9M,5J,9N,7DU5,9P,9T,5P,1N,5S,9X,5T,5V,5X,1X,6A,6B,6C,6D,6E,6MF,5X2,6F,6G,6MH,6I,6K,7DUT,6N,2N,6S,6T,6V,6X,CF,6Z,2X,6RF,7B,6AW,6RH,7E,7F,3D,7H,7I,7J,7K,7L,3H,7M,7N,3J,7P,7Q,3N,7R,7S,7T,3P,7U,7V

2023/10/12 - 晶科鑫 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

晶科鑫10至60MHz温补晶体振荡器7W|2520，支持LVCMOS输出，具备低相位噪音和超高稳定性

晶科鑫作为专业的晶振原厂，其温补晶体振荡器7W|2520 TCXO凭借其超高精度、低功耗、高稳定性和高可靠性，在市场中脱颖而出。该产品采用SMD 2520封装，尺寸仅为2.5×2.0×0.85mm，小巧玲珑，轻松适应各种紧凑设计。同时，它支持LVCMOS输出，频率范围覆盖10MHz至60MHz，能够满足多种设备的需求。

2024-11-19 - 产品代理服务技术支持采购服务

龙营半导体（LFC SEMICONDUCTOR）有源晶振/时钟芯片/低EMI IC/低EMI/展频晶振选型表

目录- LFC型号表

型号- LO203A-24M-50-A,LO204A-25M-100-B,LO201A-27M-20-C,LO204A-27M-100-C,LO613A-25M-50-C,LO212A-24M-20-C,LO215A-27M-50-B,LO214A-24M-50-A,LO212E-24M-20-C,LX606I-68.93M-A,LX606I-68.93M-C,LO201E-27M-50-C,LO203A-27M-50-A,LO212A-25M-20-C,LO625P-100M-50-C-4-S,LX606I-100M-A,LO203A-27M-50-C,LX304A,LX308E,LX606I-100M-C,LO204E-27M-50-C,LX308I,LX504I,LO201I-25M-20-C,LO221I-25M-50-A,LX304I,LO203A-24M-50-C,LO208A-27M-50-C,LO201I-24M-20-C,LO203A-25M-50-A,LO214A-27M-50-A,LO203A-25M-50-C,LO206A-24M-50-C,LO212E-25M-20-C,LO201E-27M-20-C,LO206A-24M-50-A,LO201I-27M-20-C,LX606I-54M-A,LO206A-25M-50-A,LX606I-54M-C,LO206A-25M-50-C,LO221I-24M-50-A,LO206A-27M-50-C,LO206A-27M-50-A,LC464A

2023/5/29 - 龙营半导体 - 选型指南代理服务技术支持采购服务

【产品】全尺寸恒温晶体振荡器OCXO 2X系列，频率范围10MHz~40MHz

晶科鑫推出的全尺寸恒温晶体振荡器OCXO 2X系列，它的输出类型为HCMOS，工作电压是3.3V /5V，频差0.2ppm Max.，频率范围：10MHz~40MHz，相噪(@1KHz)：-152dBc/Hz，产品尺寸：20.3×12.7×11 mm，可谓性能优良。

2020-06-27 - 新产品代理服务技术支持采购服务

机器人的频率控制大师，石英晶体振荡器给电子硬件装上一颗安心的心脏

晶科鑫晶振，作为机器人的“时间守护者”，以其精准的频率控制，确保了机器人在各种环境下的稳定运作。在工业生产线上，它让机器人精准无误地完成每一个动作；在极端环境中，它保持机器人的稳定运行，无论是在地震救援还是深海探索。晶振的小型化设计，更是让它在机器人紧凑的体内发挥着巨大的作用，为机器人的精密操作提供了强有力的支持。

2024-11-13 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

扬兴石英晶体振荡器YSO110TR系列，频点20MHz，工作电压3.3V，应用于伺服电机

晶振作为一种精密的时钟源，可以提供稳定的时钟信号，用于同步控制伺服电机的运动。YXC推出的有源晶振YSO110TR系列OT2JI-111-20M，20MHZ常规频点，国内技术领先，为系统提供精准的参考时钟，工作电压1.8~3.3V，灵活满足电路设计需要。

2024-05-13 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

SJK/晶科鑫有源晶振/无源晶振下单型号对照表

描述- 本资料为SJK/晶科鑫有源晶振和无源晶振的下单型号对照表，详细列出了不同型号的晶振产品信息，包括产品线、系列、下单型号、描述、最小包装、封装形式和工作温度范围等。资料旨在为用户提供清晰的型号选择指南，方便用户根据具体需求进行采购。

型号- 7U24576E20UCG,6N66666AG33YC,7E27120E15UCB,7U48000E07UCG,7N08704G33YC,7U50000E10UCF,7U50000E10UCG,7F38400E07UDG,7U50000E09UCG,2N06140G18YC,7E40000E12UCB,6N12000G33YC,7N24000G33YC,3N54000G33YC,7F26000E12UJE,6N24000G50YC,7U24000E15UEE,6I24000F08UCG,6N50000C33YB,7F38400E07UCF,7U30000E08UCG,6BS12288F20UCG,6CS06000F16UCG,3N48000C33YB,7E26562AE10UCF,6BS25000E16UCD,6N25000AF33YB,7U25000E12UJE,7Y32000E08UCF,7Y32000E08UCG,7F37400E18UJE,7F48000A09UFE,7F38400E07UFE,6I12288F18UCG,7N27000G33YC,7U31250E10UDD,6N15000G33YC,7U24576E07UCG,7U20000E12UGD,7E24000E09UJE,7U24000E15UCG,7LC32768F07UC,7U18432E16UCG,2N12288F18YB,7I18432F20UCF,7I18432F20UCG,7U24000E15UCF,7U18432E16UCB,7U31250E10UCG,7E24000E10UJE,7E40000E12UFE,6BS12000F20UCG,7I49152F20UCG,7E32000E08UJF,7E32000E08UJE,7U27120E08UCG,7Y50000E12UCB,6BS15000E20UCG,7Y50000E12UCG,6I10000E18UCG,6CS05000F20UCG,7Y24000E10UBE,7F53125E14UCG,3N20000C33YB,6N22118G33YC,6BS22118AE20UBD,7F26000E12UFE,6N25000C33YB,7MC32768F12UC,6BS25000F18UBE,7U48000E20UCG,7I24000F18UCG,3N33330C33YC,7E50000E16UCB,7I24000F18UCF,7F27000E08UJE,7U25000E12UBE,7I27120F20UCG,7I27120E10UBE,7U48000E07UEE,6BS25000F18UCG,3N72000C18YB,7U27000E10UBE,6N16934AG33YC,7U25000E12UCB,7U25000E12UCG,7U25000E12UCF,7E25000E18UJE,7U16384E12UCG,7E40000E12UJE,7U27000E10UCF,7U27000E10UCG,6CS24000F20UCF,6CS24000F20UCG,7U16000E16UJE,6CS08000E20UCF,7I16000F20UCG,2N SERIES,6CS14318AE12UCG,7I27000E18UBE,3N20000F18YB,7U16000E08UBE,7F26000E12UCB,7E24000E10UCF,7E24000E10UCG,7F54000E12UCG,7U32000E18UCG,7U13000E10UBE,7E24000E10UCC,7I10368E12UJE,7F26000E12UCG,7U15200E18UBE,6BS04915AF32UCG,7E48000E18UCC,7I12000E18UBG,7I25000F20UCG,7I27000E18UCF,7I27000E18UCG,7E12000E20UCG,7F40960E08UCG,7U24000E20UBE,7U16000E08UCF,7U16000E08UCG,6BS04915F20UCG,7U16000E08UCB,7U13000E10UCF,7U13000E10UCG,7U24000E07UCG,7U24000E07UCB,3N50000G18YC,6N70656C33YC,7I25000F20UCF,7U24000E20UCG,7I11289AF12UCF,7E25000E18UGG,7U24000E20UCF,7U24000E20UCC,7U54000E08UFE,7U24000E20UCB,7F39062AE14UCB,7F16000E12UCG,7N40000G33YC,7U26000E08UFE,6N24576G33YC,6CS16934E12UCG,7U25000E16UCF,7U25000E16UCG,7U11059AE16UCG,7U25000E16UCB,6BS04096F20UCG,6BS10000E20UCG,7F27000E08UCB,2N19200F18YB,6N40000G33YC,7F24000E06UCF,7F24000E06UCG,7E24000E10UBE,7U26000E08UGF,7U13000E09UCG,6I13560E12UCG,7E24000E09UCG,6N156257AG33YC,7F27000E08UBE,7U16000E08UFE,7E32000E08UBE,6I13560F18UCG,7I30000F20UCG,7U20000E12UEE,3N26000F18YB,7U24000E07UHD,7U22118AE18UCG,7I13560E10UBE,7E26000E15UCG,7U12000F20UCF,7U10000E12UCG,6BS13560F20UCG,7U33333AE10UDD,7U13560E08UFE,7U16000E08UGD,6BS25000E12UCG,7E27000E08UFB,7I20000F20UCG,7E12000E07UCG,7U33333AE10UCG,6CS10000F20UCG,7F24000E18UCG,7E25000E18UCF,7U27120E16UCG,7LC32768F12UC,7U13560E08UCG,7E25000E18UCG,3N04000G33YC,7I08000F08UCG,7E25000E18UCB,7E24000E10UEE,7U26000E08UJE,7U38400E12UCG,7U20000E12UCG,2N26000G33YC,6BS14318F20UCG,7U16384E20UCG,6CS27000E12UCG,7E32000E08UCG,7E32000E08UCF,7E24000E10UFE,7E32000E08UCB,7E24000E10UFB,7U27138AE15UCF,7I10000F18UCG,7U24576E12UCG,7U12800E20UCG,7U12288E08UCB,3N48000G33YC,7U20000A18UEE,7U32000E10UCG,7U12288E08UCG,6BS27000F20UCG,7U20000E08UCG,7U25000A18UDB,7U40000E08UFE,7U12000E09UBE,7U14318AE12UCG,7U32000E10UCF,7U12800E15UCF,7U25000E07UEE,7U13000E18UCG,6CS16000F16UCG,7U25000E20UBE,7U26000E16UFE,7U32000E09UEE,7E38880E10UCC,7F20000E12UCB,7F20000E12UCF,7U12000E10UBE,7U12000E10UBF,7U12000E10UBG,7U37400E12UEE,7U16000E20UJE,7U25000E20UCB,7U20000E08UEE,7U25000E20UCF,7U25000E20UCG,7E26000E11UJE,7N50000C33YB,7N12288G33YC,3N16000G33YC,7U27120E12UCG,7U12000E10UCG,7U27120E12UCB,7E26000A11UJE,7Y48000E06UCF,6CS12000E12UCG,7U16000E12UCF,7U16000E12UCB,7U32000E09UCF,7N6400G33YC,7Y40000E12UCB,7N133000G33YC,7U24000E18UJE,7U48000E12UCF,7U37400E12UCG,7U48000E12UCG,3N24576G18YC,7E40000E16UJB,7U32000E10UBE,3N38400F33YF,7U20000E08UCB,7U16000E12UBE,6K632768F09UC,6N49152D33YG,6N03579G33YC,7E48000E10UBE,6CS27000F18UCG,6I25000E18UCG,7U13500E12UCG,7U12000E22UCG,7KC32768F07UC,6BS27000E18UBE,7RC32768F06UC,6I54000E19UBB,7U28224E20UCG,7U26000E16UJE,7U16000E12UEE,7I08000F16UCG,7F 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晶科鑫 - 对照表代理服务技术支持采购服务

晶振有源和无源有什么区别？

晶振有源和无源的主要区别如下： 1. 组成和结构：有源晶振内部含有晶体和外围电路，只需外部提供一个电压源，就能直接输出信号。其一般有四个脚，一个电源，一个接地，一个信号输出端，一个NC（空脚）。无源晶振则只有一个晶体，必须结合外围电路构成一个振荡器才能输出特定频率的信号，且这个振荡器需要提供电源。 2. 性能和精度：有源晶振的精度可以达到0.1ppm，而无源晶振的最高精度为5ppm。精度越高，频率稳定性也越好。此外，有源晶振在稳定性上要胜过无源晶振，但也有信号电平固定等自身小小的缺陷。 3. 成本和便捷性：无源晶振电路在成本上更优，而有源晶振电路在产品性能上更优。选择使用有源晶振还是无源晶振取决于具体的使用需求和产品特点。

2024-10-30 - 技术问答代理服务技术支持采购服务