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無源晶體與有源晶振的區(qū)別、應用范圍及用法
2022年12月28日 14:02點擊：111作者：深圳市泰立儀器儀表有限公司來源：深圳市泰立儀器儀表有限公司>>進入該公司展臺
無源晶體與有源晶振的區(qū)別、應用范圍及用法：
1、無源晶體——無源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器，在datasheet上有建議的連接方法。無源晶體沒有電壓的問題，信號電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價格通常也較低，因此對于一般的應用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號匹配的電容、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(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。
2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單（主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可），不需要復雜的配置電路。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。相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。對于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(nèi)部沒有起振電路，只能使用有源的晶振，如TI的6000系列等。有源晶振相比于無源晶體通常體積較大，但現(xiàn)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(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)定度和價格方面遠遠好于晶體晶振器件；
3、時鐘信號走線長度盡可能短，線寬盡可能大，與其它印制線間距盡可能大，緊靠器件布局布線，必要時可以走內(nèi)層，以及用地線包圍；
4、通過背板從外部引入時鐘信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(wěn)定度等方面好于晶體，尤其是精密測量等領域，絕大多數(shù)用的都是高檔的晶振，這樣就可以把各種補償技術集成在一起，減少了設計的復雜性。試想，如果采用晶體，然后自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償，那樣的話設計的復雜性將是什么樣的呢？我們這里設計射頻電路等對時鐘要求高的場合，就是采用高精度溫補晶振的，工業(yè)級的要好幾百元一個。
特殊領域的應用如果找不到合適的晶振，也就是說設計的復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，而是特殊的晶體，如紅寶石晶體等等。
更高要求的領域情況更特殊，我們這里在高精度測試時采用的時鐘甚至是原子鐘、銣鐘等設備提供的，通過專用的射頻接插件連接，是個大型設備，相當笨重。
晶振：即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時鐘振蕩器的統(tǒng)稱。不過由于在消費類電子產(chǎn)品中，諧振器用的更多，所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了。后者就是通常所指鐘振。
2、分類。首先說一下諧振器。
諧振器一般分為插件（Dip）和貼片（SMD）。插件中又分為HC-49U、HC-49U/S、音叉型（圓柱）。HC-49U一般稱49U，有些采購俗稱“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。
而振蕩器也是可以分為插件和貼片。插件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，這里的14pin和8pin都是指振蕩器內(nèi)部核心IC的腳位數(shù)，振蕩器本身是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（恒溫）等等。
3、基本術語。
1、無源晶體——無源晶體需要用DSP片內(nèi)的振蕩器，在datasheet上有建議的連接方法。無源晶體沒有電壓的問題，信號電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價格通常也較低，因此對于一般的應用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。無源晶體相對于晶振而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號匹配的電容、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(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。
2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單（主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可），不需要復雜的配置電路。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。相對于無源晶體，有源晶振的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。對于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(nèi)部沒有起振電路，只能使用有源的晶振，如TI的6000系列等。有源晶振相比于無源晶體通常體積較大，但現(xiàn)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(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)定度和價格方面遠遠好于晶體晶振器件；
3、時鐘信號走線長度盡可能短，線寬盡可能大，與其它印制線間距盡可能大，緊靠器件布局布線，必要時可以走內(nèi)層，以及用地線包圍；
4、通過背板從外部引入時鐘信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(wěn)定度等方面好于晶體，尤其是精密測量等領域，絕大多數(shù)用的都是高檔的晶振，這樣就可以把各種補償技術集成在一起，減少了設計的復雜性。試想，如果采用晶體，然后自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償，那樣的話設計的復雜性將是什么樣的呢？我們這里設計射頻電路等對時鐘要求高的場合，就是采用高精度溫補晶振的，工業(yè)級的要好幾百元一個。
特殊領域的應用如果找不到合適的晶振，也就是說設計的復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，而是特殊的晶體，如紅寶石晶體等等。
更高要求的領域情況更特殊，我們這里在高精度測試時采用的時鐘甚至是原子鐘、銣鐘等設備提供的，通過專用的射頻接插件連接，是個大型設備，相當笨重。
晶振：即所謂石英晶體諧振器和石英晶體時鐘振蕩器的統(tǒng)稱。不過由于在消費類電子產(chǎn)品中，諧振器用的更多，所以一般的概念中把晶振就等同于諧振器理解了。后者就是通常所指鐘振。
2、分類。首先說一下諧振器。
諧振器一般分為插件（Dip）和貼片（SMD）。插件中又分為HC-49U、HC-49U/S、音叉型（圓柱）。HC-49U一般稱49U，有些采購俗稱“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。
而振蕩器也是可以分為插件和貼片。插件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，這里的14pin和8pin都是指振蕩器內(nèi)部核心IC的腳位數(shù)，振蕩器本身是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（恒溫）等等。
3、基本術語。
我想這也是很多采購同學比較模糊的地方。這里我選了一些常用的諧振器術語拿來做一下解釋。
FrequencyTolerance（調(diào)整頻差）：在規(guī)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。
FrequencyStability(溫度頻差)：指在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，與標稱頻率允許的偏差。用PPm表示。
Aging（年老化率）：在規(guī)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。
ShuntCapacitance（靜電容）：等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容，也叫并電容，通常用C0表示。
LoadCapacitance（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*關注的參數(shù)有2個，即調(diào)整頻差，負載電容。有一部分對溫度頻差有要求。如果工作溫度范圍比較廣，則會對工作溫度范圍有所要求，即所謂寬溫。
4、選用。
主要講講諧振器。理論上來說，只要參數(shù)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)品日益小型化和提高生產(chǎn)效率的要求。聽到有些采購朋友說，只能選49S而不能用49U或者反之，這是一個小誤區(qū)。
而鐘振的選擇則主要決定產(chǎn)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，通信機站，衛(wèi)星等等。
FrequencyTolerance（調(diào)整頻差）：在規(guī)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。
FrequencyStability(溫度頻差)：指在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，與標稱頻率允許的偏差。用PPm表示。
Aging（年老化率）：在規(guī)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。
ShuntCapacitance（靜電容）：等效電路中與串聯(lián)臂并接的電容，也叫并電容，通常用C0表示。
LoadCapacitance（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*關注的參數(shù)有2個，即調(diào)整頻差，負載電容。有一部分對溫度頻差有要求。如果工作溫度范圍比較廣，則會對工作溫度范圍有所要求，即所謂寬溫。
4、選用。
主要講講諧振器。理論上來說，只要參數(shù)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)品日益小型化和提高生產(chǎn)效率的要求。聽到有些采購朋友說，只能選49S而不能用49U或者反之，這是一個小誤區(qū)。
而鐘振的選擇則主要決定產(chǎn)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，通信機站，衛(wèi)星等等。
下一篇：焊接機器人的具體分類
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