有源晶振與無源晶振的區別

2021-03-04 03:08:51 字數 3057 閱讀 7499

英文名稱:crystal 無源晶體 oscillator 有源晶體

基本原理:

石英晶元之所以能當為振盪器使用,是基於它的壓電效應:在晶元的兩個極上加一電場,會使晶體產生機械變形;在石英晶元上加上交變電壓,晶體就會產生機械振動,同時機械變形振動又會產生交變電場,雖然這種交變電場的電壓極其微弱,但其振動頻率是十分穩定的。當外加交變電壓的頻率與晶元的固有頻率(由晶元的尺寸和形狀決定)相等時,機械振動的幅度將急劇增加,這種現象稱為「壓電諧振」。

壓電諧振狀態的建立和維持都必須借助於振盪器電路才能實現。圖1是乙個串聯型振盪器,電晶體t1和t2構成的兩級放大器,石英晶體xt與電容c2構成lc電路。在這個電路中,石英晶體相當於乙個電感,c2為可變電容器,調節其容量即可使電路進入諧振狀態。

該振盪器供電電壓為5v,輸出波形為方波。

圖1 串聯振盪器

簡單比較:

無源晶振內只有一片按一定軸向切割的石英晶體薄片,供接入運放(或微處理器的xtal 端)以形成振盪.有源晶振內帶運放,工作在最佳狀態,送入電源後,可直接輸出一定頻率的等幅正弦波,一般至少有4引腳,體積稍大.

- 1 -

詳細區別:

1、無源晶體——無源晶體需要用dsp片內的振盪器,在datasheet上有建議的連線方法。無源晶體沒有電壓的問題,訊號電平是可變的,也就是說是根據起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用於多種電壓,可用於多種不同時鐘訊號電壓要求的dsp,而且**通常也較低,因此對於一般的應用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合於產品線豐富批量大的生產者。無源晶體相對於晶振而言其缺陷是訊號質量較差,通常需要精確匹配外圍電路(用於訊號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。

建議採用精度較高的石英晶體,盡可能不要採用精度低的陶瓷警惕。

2、有源晶振——有源晶振不需要dsp的內部振盪器,訊號***,比較穩定,而且連線方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用乙個電容和電感構成的pi型濾波網路,輸出端用乙個小阻值的電阻過濾訊號即可),不需要複雜的配置電路。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。

相對於無源晶體,有源晶振的缺陷是其訊號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且**高。對於時序要求敏感的應用,個人認為還是有源的晶振好,因為可以選用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補償晶振。有些dsp內部沒有起振電路,只能使用有源的晶振,如ti的6000系列等。

有源晶振相比於無源晶體通常體積較大,但現在許多有源晶振是表貼的,體積和晶體相當,有的甚至比許多晶體還要小。

幾點注意事項:

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),穩定度差,因此強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,其穩定度和**方面遠遠好於晶體晶振器件;

3、時鐘訊號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印製線間距盡可能大,緊靠器件布局佈線,必要時可以走內層,以及用地線包圍;

4、通過背板從外部引入時鐘訊號時有特殊的設計要求,需要詳細參考相關的資料。

此外還要做一些說明:

總體來說晶振的穩定度等方面好於晶體,尤其是精密測量等領域,絕大多數用的都是高檔的晶振,這樣就可以把各種補償技術整合在一起,減少了設計的複雜性。試想,如果採用晶體,然後自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償,那樣的話設計的複雜性將是什麼樣的呢?我們這裡設計射頻電路等對時鐘要求高的場合,就是採用高精度溫補晶振的,工業級的要好幾百元乙個。

特殊領域的應用如果找不到合適的晶振,也就是說設計的複雜性超出了市場上成品晶振水平,就必須自己設計了,這種情況下就要選用晶體了,不過這些晶體肯定不是市場上的普通晶體,而是特殊的高階晶體,如紅寶石晶體等等。

分類:首先說一下諧振器。

諧振器一般分為外掛程式(dip)和貼片(**d)。外掛程式中又分為hc-49u、hc-49u/s、音叉型(圓柱)。hc-49u一般稱49u,有些採購俗稱「高型」,而hc-49u/s一般稱49s,俗稱「矮型」。

音叉型按照體積分可分為3*8,2*6,1*5,1*4等等。貼片型是按大小和腳位來分類。例如7*5(0705)、6*3.

5(0603),5*3.2(5032)等等。腳位有4pin和2pin之分。

而振盪器也是可以分為外掛程式和貼片。外掛程式的可以按大小和腳位來分。例如所謂全尺寸的,又稱長方形或者14pin,半尺寸的又稱為正方形或者8pin。

不過要注意的是,這裡的14pin 和8pin都是指振盪器內部核心ic的腳位數,振盪器本身是4pin。而從不同的應用層面來分,又可分為osc(普通鐘振), tcxo(溫度補償),vcxo(壓控),ocxo(恆溫)等等。

基本術語:

我想這也是很多採購同學比較模糊的地方。這裡我選了一些常用的諧振器術語拿來做一下解釋。

frequency tolerance(調整頻差):在規定條件下,在基準溫度(25±2℃)與標稱頻率允許的偏差。一般用ppm(百萬分之)表示。

frequency stability(溫度頻差):指在規定的工作溫度範圍內,與標稱頻率允許的偏差。用ppm表示。

aging(年老化率):在規定條件下,晶體工作頻率隨時間而允許的相對變化。以年為時間單位衡量時稱為年老化率。

shunt capacitance(靜電容):等效電路中與串聯臂並接的電容,也叫並電容,通常用c0表示。

load capacitance(負載電容):與晶體一起決定負載諧振頻率fl的有效外界電容,通常用cl表示。

一般最關注的引數有2個,即調整頻差,負載電容。有一部分對溫度頻差有要求。如果工作溫度範圍比較廣,則會對工作溫度範圍有所要求,即所謂寬溫。

選用:主要講講諧振器。理論上來說,只要引數確定,選任何一種型號都是可以正常使用的。

例如49u和49s替換,49s和圓柱以及和貼片替換,都是沒有問題的。但在實際選擇中會根據電路特點,成本以及便利性來考量和選擇。一般來說,簡單的應用中主要都是從成本在考慮。

但是有些產品或者電路會對晶振的等效電阻,激勵功率等等提出要求,所以就會在不同的型號中加以選擇。另外,貼片則主要是為了適應產品日益小型化和提高生產效率的要求。聽到有些採購朋友說,只能選49s而不能用49u或者反之,這是乙個小誤區。

而鐘振的選擇則主要決定產品電路的特性的要求,一般來說鐘振在精密性以及需要達到相關應用的要求會更好。例如手機,通訊機站,衛星等等。

有源晶振與無源晶振的原理結構及用法

有源晶振與無源晶振的使用說明 目錄一.有源晶振與無源晶振的比較 1 二.有源晶振的管腳 2 三.有源晶振內部結構 3 四.有源晶振的輸出波形 5 五.有源晶振的典型電路 5 一.有源晶振與無源晶振的比較 無源晶振 就是乙個晶體,本身不能振盪,依靠配合其他ic內部振盪電路工作。有源晶振 晶體 振盪電路...

有源晶振接法

有源晶振型號縱多,而且每一種型號的引腳定義都有所不同,接髮也不同,下面我介紹一下有源晶振引腳識別,以方便大家 有個點標記的為1腳,按逆時針 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。有源晶振不需要處理器的內部振盪器,訊號 比較穩定,而且連線方式相對簡...

有關主機板晶振的總結

1 主機板晶振的作用 其作用在於產生原始的時鐘頻率,這個頻率經過頻率發生器的放大或縮小後就成了電腦中各種不同的匯流排頻率。電腦主機板用的是石英晶體振盪器。2 常見種類及其作用 32 768khz晶振,為實時晶振,工作電壓為0.4v左右,系統時間基準時鐘,上電之前為南橋內部提供工作所需時鐘 14 31...