詳解無源晶體與有源晶振

普通壓電無源石英晶體是一種無極性元件，晶體內(nèi)部本身只有經(jīng)過加工的單一石英晶片，英文單詞叫做（Quartz crystal）需要借助設(shè)計(jì)的電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，單晶振本身是無非發(fā)生振蕩的，插件的一般常規(guī)都是二個(gè)腳，當(dāng)然也會(huì)有三個(gè)腳的，中間那個(gè)腳一般用來接地，當(dāng)然隨著科技的發(fā)展，后來有了四個(gè)腳的普通貼片諧振器，四個(gè)腳其實(shí)只要二個(gè)腳才是真正通電工作的，剩余兩個(gè)腳一個(gè)是懸空，一個(gè)是可以用來接地（可接可不接）。

晶體振蕩器也分為無源晶體和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶體為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶體需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。

有源石英晶體振蕩器是最少擁有最少4個(gè)腳的的產(chǎn)品，四個(gè)腳的用途是：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓，電壓也有分為以下幾種，1.8V-2.5V-3V-3.3V-3.8V-5V等電壓，振蕩器內(nèi)部本身除了有加工過的壓電石英晶片外.

還有有源振蕩器IC，以及電阻兩顆，電容兩顆，有些會(huì)有一顆三級(jí)穩(wěn)壓管等原件，插件的外觀體積比較大，但是隨著現(xiàn)在的科技發(fā)展，有源晶振體積也從最初的超大體積長20mm，寬11mm，到現(xiàn)在的2.5mm長，寬2.0mm的小尺寸，有源晶振的英文單詞簡稱為（Quartz crystal oscillator）。

準(zhǔn)確的叫法：

2. 無源晶體和有源晶振的優(yōu)缺點(diǎn)

無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號(hào)質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號(hào)匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。建議采用精度較高的石英晶體，盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。

相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號(hào)電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價(jià)格高。對于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用，有源的晶振好，因?yàn)榭梢赃x用比較精密的晶振，甚至是高檔的溫度補(bǔ)償晶振。

3、有源晶振的管腳

無源晶振兩個(gè)管腳可以任意。

有源晶振根據(jù)封裝不同，管教排列不同（打點(diǎn)的為“1腳”，逆時(shí)鐘看）

有個(gè)點(diǎn)標(biāo)記的為1腳，按逆時(shí)針（管腳向下）分別為2、3、4。

有源晶振通常的用法：一腳懸空，二腳接地，三腳接輸出，四腳接電壓。

方形有源晶振引腳分布：

1、正方的，使用DIP-8封裝，打點(diǎn)的是1腳。

1-NC；4-GND；5-Output；8-VCC

2、長方的，使用DIP-14封裝，打點(diǎn)的是1腳。

1-NC；7-GND；8-Output；14-VCC

BTW：

1、電源有兩種，一種是TTL，只能用5V，一種是HC的，可以3.3V/5V

2、邊沿有一個(gè)是尖角，三個(gè)圓角，尖角的是一腳，和打點(diǎn)一致。

Vcc out

NC（點(diǎn)） GND

4. 拆解有源晶振

可以看到 有源晶振 = 無源晶體+邏輯電路

5. 輸出的波形

如果有源晶振把整形電路做在有源晶振里面了的話，輸出就是方波，但很多時(shí)候在示波器上看到的還是波形不太好的正弦波，這是由于示波器的帶寬不夠，好像有源晶振20MHz，如果用40MHz或60MHz的示波器測量，顯示的是正弦波，這是由于方波的傅里葉分解為基頻和奇次諧波的疊加，帶寬不夠的話，就只剩下基頻20MHz和60MHz的諧波，所以顯示正弦波。完美的再現(xiàn)方波需要至少10倍的帶寬，5倍的帶寬只能算是勉強(qiáng)，所以需要至少100M的示波器。

有源晶振 = 無源晶體+邏輯電路；那么關(guān)于晶體的其他問題：

1、晶振規(guī)格書里面我們?？吹降腃L代表什么了？

CL是指制作石英振蕩器加進(jìn)去的負(fù)載電容，所以當(dāng)用到振蕩器的時(shí)候就要用到相等的容抗，這樣子振蕩頻率才會(huì)準(zhǔn)確。單位通常都是PF。32.768K晶振系列的負(fù)載電容常見的有12.5PF，6PF，9PF等。MHZ系列的石英晶振常見的負(fù)載電容有12PF，15PF，20PF，22PF等。

其實(shí)對于晶振來說，其是不需要電容的。而對于晶體則是需要電容的。按照晶振的實(shí)際頻率和標(biāo)稱頻率之間的關(guān)系：

Fx = F0（1+C1/（C0+CL））^（1/2）；

而CL = Cg*Cd/（Cg+Cd）+Cs;其中Cs為雜散電容，Cg和Cd為我們外部加的兩個(gè)電容，通常大家取值相等，它們對串聯(lián)起來加上雜散電容即為晶振的負(fù)載電容CL。我們可以從中得知負(fù)載電容的減小可以使實(shí)際頻率Fx變大，

從以上的計(jì)算公式來說，可以得出一定的結(jié)論。那就是晶振電路上的兩個(gè)電容可以不相等，通過微調(diào)電容的值可以微調(diào)晶振的振蕩頻率，不過如果測了幾片晶振，頻率有大有小，而且偏移較大，那么這個(gè)晶振顯然是不合格的。

對于晶振的負(fù)載電容=［（Cd*Cg）/（Cd+Cg）］+Cic+△C式中Cd，Cg為分別接在晶振的兩個(gè)腳上和對地的電容。這個(gè)是必須要掌握和了解的關(guān)鍵所在。Cic（集成電路內(nèi)部電容）+△C（PCB上電容）。就是說負(fù)載電容15pf的話，兩邊個(gè)接27pf的差不多了，一般a為6.5～13.5pF中所提到的Cic，個(gè)人理解應(yīng)該是晶體內(nèi)部晶片引線間的寄生電容，此電容一般最大值在7pf（datasheet給出的值），實(shí)際一般在3~5pF，在計(jì)算外接的兩個(gè)電容值時(shí)，要考慮到此值。

綜上所述，負(fù)載電容對晶振的影響是很大的。因此對于負(fù)載電容的使用是需要根據(jù)實(shí)際需求來選擇的。并非是在任何的情況下使用都能夠達(dá)到好的效果。畢竟對于晶振來說，其本身是不需要電容的。

2、那么規(guī)格書中單位是PPM的又代表什么了。

PPM是Part Per Million的縮寫，其意指百萬分之的頻率跳動(dòng)值；用實(shí)際的頻率減目的頻率再除以目的頻率，且將小數(shù)點(diǎn)向前移動(dòng)6位數(shù)即正確的PPM值。之前晶振最新行情中的文章提到過知道晶振的精度值如何求出時(shí)間誤差。那么在我們知道實(shí)際頻率和目的頻率的情況，我們?nèi)绾嗡愠鯬PM值。泰河電子和大家分享這個(gè)技術(shù)知識(shí)，覺得有用就收藏我們的網(wǎng)頁吧。

例如：目的頻率是25.000000MHZ，實(shí)際頻率是25.000015。簡單求出精度PPM，帶入上面說到的公式就可以輕松求出PPM。（25.000015-25.000000）/25.000000=0.0000006.將小數(shù)點(diǎn)向前移動(dòng)六位數(shù)，得出0.6PPM。2PPM以下最常見的晶振數(shù)有源晶振較多。有源晶振市場上用到的溫補(bǔ)晶振也是最為較多的。無源晶振中精度最高做到5PPM。部分要求嚴(yán)格的產(chǎn)品，泰河電子可接受訂做。詳情需要和業(yè)務(wù)部聯(lián)系。無源貼片晶振精度最常用的為10PPM，20PPM，30PPM。而插件晶振中精度較高的為5PPM。不過市場上常規(guī)的都是用20PPM。

3、為什么晶振屬于易碎元器件了。

當(dāng)快遞過來收貨的時(shí)候，我們都會(huì)提醒業(yè)務(wù)員，此物品為易碎物品，需要貼上易碎的標(biāo)簽。為什么表面看上去堅(jiān)硬的石英晶振，反而屬于易碎產(chǎn)品了呢？因?yàn)榫д衲苷＿\(yùn)行工作，取決于內(nèi)部的水晶芯片。

晶振自身晶片厚度比較薄。以25MHZ的貼片晶振為例，它內(nèi)部的芯片厚度約0.0668mm。若是晶振從高空掉落，或者是直接摔在地上，內(nèi)部的芯片很容破損，導(dǎo)致晶振無法正常運(yùn)行。因此在焊接時(shí)候，千萬要注意手中的晶振，不要輕易掉落。

4、為什么要采用水晶振動(dòng)子來制作石英振蕩器。

因?yàn)槠浔旧硭a(chǎn)生的振蕩頻率，相對其他振蕩元件來的準(zhǔn)確和穩(wěn)定一些，而且容易設(shè)計(jì)及線路簡單是它的最大優(yōu)點(diǎn)。

5、頻率范圍在MHZ和數(shù)百M(fèi)HZ的石英晶振都是采用什么樣的切割方式。

根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域以及工作溫度需求，也有了很多許多不同的石英切割角度分類。例如AT-，BT-，CT-，NT，GT.。。。等不同的切割板片。 不同的切割方向的板片具有不同的彈性常數(shù)張量（elastic constant tensor）， 不同的壓電常數(shù)張量（piezoelectric constant tensor）及不同的介電常數(shù)張量（dielectric constant tensor）。 這些張量在石英組件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用上展現(xiàn)了不同的振蕩及溫度特性。 在各種不同種類的切割角度方式中， AT角度切割的石英芯片適用在數(shù)MHz到數(shù)

本文部分內(nèi)容摘錄自TJS發(fā)表在電子技術(shù)網(wǎng)上的博客

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