晶振的原理結(jié)構(gòu)與區(qū)別

晶振：指的是石英晶體諧振器(quartzcrystalunit)和石英晶體振蕩器(crystaloscillator)的統(tǒng)稱(chēng)。分為有源晶振、無(wú)源振。

無(wú)源晶振：就是一個(gè)晶體，本身不能振蕩,依靠配合其他IC內(nèi)部振蕩電路工作。

有源晶振：晶體+振蕩電路，封裝在一起。給他供上電源，就有波形輸出。

晶振全稱(chēng)為晶體振蕩器，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率晶振經(jīng)過(guò)頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線(xiàn)頻率。

晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機(jī)電器件，是用電損耗很小的石英晶體經(jīng)精密切割磨削并鍍上電極焊上引線(xiàn)做成。

晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫機(jī)電效應(yīng)。他們有一個(gè)很重要的特點(diǎn)，其振蕩頻率與他們的形狀，材料，切割方向等密切相關(guān)。

由于石英晶體化學(xué)性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)非常小，其振蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很準(zhǔn)確。根據(jù)石英晶體的機(jī)電效應(yīng)，我們可以把它等效為一個(gè)電磁振蕩回路，即諧振回路。他們的機(jī)電效應(yīng)是機(jī)-電-機(jī)-電的不斷轉(zhuǎn)換，由電感和電容組成的諧振回路是電場(chǎng)-磁場(chǎng)的不斷轉(zhuǎn)換。在電路中的應(yīng)用實(shí)際上是把它當(dāng)作一個(gè)高Q值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即Q值非常高，做振蕩器用時(shí)，可以產(chǎn)生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或帶阻曲線(xiàn)。

晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。高級(jí)的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱(chēng)為壓控振蕩器（VCO）。

晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。

晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號(hào)，可以用與同一個(gè)晶振相連的不同鎖相環(huán)來(lái)提供。

2原理結(jié)構(gòu)

貼片無(wú)源晶振無(wú)源晶體——無(wú)源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器，無(wú)源晶體沒(méi)有電壓的問(wèn)題，信號(hào)電平是可變的，也就是說(shuō)是根據(jù)振電路來(lái)決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的DSP，而且價(jià)格通常也較低，因此對(duì)于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產(chǎn)品線(xiàn)豐富批量大的生產(chǎn)者。

無(wú)源晶體相對(duì)于晶振而言其缺陷是信號(hào)質(zhì)量較差，通常需要匹配外圍電路（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。

幾點(diǎn)注意事項(xiàng)：

1、需要倍頻的DSP需要配置好PLL周邊配置電路，主要是隔離和濾波；

2、20MHz以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件，穩(wěn)定度好，20MHz以上的大多是諧波的（如3次諧波、5次諧波等等），穩(wěn)定度差，因此強(qiáng)烈建議使用低頻的器件，畢竟倍頻用的PLL電路需要的周邊配置主要是電容、電阻、電感，其穩(wěn)定度和價(jià)格方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于晶體晶振器件；

3、時(shí)鐘信號(hào)走線(xiàn)長(zhǎng)度盡可能短，線(xiàn)寬盡可能大，與其它印制線(xiàn)間距盡可能大，緊靠器件布局布線(xiàn)，必要時(shí)可以走內(nèi)層，以及用地線(xiàn)包圍；

4、通過(guò)背板從外部引入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)有特殊的設(shè)計(jì)要求，需要詳細(xì)參考相關(guān)的資料。此外還要做一些說(shuō)明：總體來(lái)說(shuō)晶振的穩(wěn)定度等方面好于晶體，尤其是精密測(cè)量等領(lǐng)域，絕大多數(shù)用的都是高檔的晶振，這樣就可以把各種補(bǔ)償技術(shù)集成在一起，減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

試想，如果采用晶體，然后自己設(shè)計(jì)波形整形、抗干擾、溫度補(bǔ)償，那樣的話(huà)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性將是什么樣的呢？我們這里設(shè)計(jì)射頻電路等對(duì)時(shí)鐘要求高的場(chǎng)合，就是采用高精度溫補(bǔ)晶振的，工業(yè)級(jí)的要好幾百元一個(gè)。

特殊領(lǐng)域的應(yīng)用如果找不到合適的晶振，也就是說(shuō)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性超出了市場(chǎng)上成品晶振水平，就必須自己設(shè)計(jì)了，這種情況下就要選用晶體了，不過(guò)這些晶體肯定不是市場(chǎng)上的普通晶體，而是特殊的高端晶體，如紅寶石晶體等等。更高要求的領(lǐng)域情況更特殊，我們這里在高精度測(cè)試時(shí)采用的時(shí)鐘甚至是原子鐘、銣鐘等設(shè)備提供的，通過(guò)專(zhuān)用的射頻接插件連接，是個(gè)大型設(shè)備，相當(dāng)笨重。

3區(qū)別差異

1.有源晶振與無(wú)源晶振的區(qū)別

晶振無(wú)源晶振為crystal（晶體）無(wú)源晶振是有2個(gè)引腳的無(wú)極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法蕩起來(lái)；

有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。有源晶振有4只引腳，是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。

2.無(wú)源晶振和有源晶振的優(yōu)缺點(diǎn)

無(wú)源晶體相對(duì)于晶振而言其缺陷是信號(hào)質(zhì)量較差，通常需要匹配外圍電路（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(duì)于無(wú)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。