在晶體行業(yè)，我們稱晶體為無源晶體，晶體振蕩器我們叫有源晶體振蕩器，無源晶體我們通常叫石英晶體諧振器，有源晶體振蕩器我們叫石英晶體振蕩器，這兩種產(chǎn)品應(yīng)用于電信設(shè)備和衛(wèi)星等電子產(chǎn)品。設(shè)備產(chǎn)品，作為參考信號(hào)和衛(wèi)星。更穩(wěn)定的時(shí)間或頻率控制。近年來，晶振終端技術(shù)在時(shí)鐘模塊、衛(wèi)星通信、圖像處理、基站導(dǎo)航，尤其是時(shí)鐘模塊行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展迅速。
圖1 有源晶振和無源晶振
1.什么是有源晶振
有源晶振(scillator)有4個(gè)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，只需要電源，就可輸出比較好的波形。有源晶振的封裝有4個(gè)引腳，分別為VCC(電壓)、GND(地)、OUT(時(shí)鐘信號(hào)輸出)、NC(空腳)。有源晶振的流行點(diǎn)是直接連接石英晶片和時(shí)鐘振蕩器IC，通過晶振本身的電壓控制可以達(dá)到理想的效果，可以與外部電容匹配，不會(huì)引起頻率偏移。
圖2 有源晶振
很多工程師在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中都會(huì)遇到這樣的問題：一是電路中晶振的匹配不理想，影響使用效果;二是晶振溫漂過大，甚至影響產(chǎn)品性能。
如今，電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代尤為頻繁。成本必須是制造商考慮的重要因素。晶體振蕩器的應(yīng)用也考慮了成本。因此，工程師在設(shè)計(jì)電路時(shí)，石英晶體振蕩器(有源晶體振蕩器)的價(jià)格比普通無源晶體高出5-10倍，從而導(dǎo)致更多。電路選用無源晶振;只有一些高端產(chǎn)品如工控、高速通訊產(chǎn)品偏愛有源晶振，所以出現(xiàn)上述常見問題。原因是無源晶振的效果不僅取決于晶振本身的指標(biāo)，還取決于振蕩器電路設(shè)計(jì)的匹配。
有源晶振不用擔(dān)心這個(gè)問題，因?yàn)楹芏酂o源晶振因?yàn)橥饨与娙荩瑹o法匹配。有源晶振具有電壓控制性能，可以通過內(nèi)部IC晶圓自動(dòng)匹配外部電容。第二點(diǎn)是晶振溫漂過大，俗稱溫漂。這種現(xiàn)象是非常致命的。如果產(chǎn)品在正常工作狀態(tài)下，突然因溫度變化引起的頻率漂移過大，則產(chǎn)品會(huì)嚴(yán)重停止工作而損壞。無源晶體本身就是一個(gè)晶體晶片，沒有溫度補(bǔ)償?shù)墓δ堋Ｓ性淳д裰杏幸粋€(gè)溫度補(bǔ)償晶振。
有源晶振不需要CPU的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)穩(wěn)定，質(zhì)量較好，而且連接方式比較簡單(主要做好電源濾波，通常使用一個(gè)電容和電感構(gòu)成濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過濾信號(hào)即可)，不需要復(fù)雜的配置電路。
圖3 有源晶振電路圖
2.什么是無源晶振
無源晶振一般指石英晶體諧振器，石英晶體諧振器(英文：quartz crystal unit或quartz crystal resonator，常被標(biāo)識(shí)為Xtal，Extenal Crystal Osillator，外部晶振器，因?yàn)榫д駟卧３Ｗ鳛殡娐吠饨?，簡稱石英晶體或晶振，是利用石英晶體(又稱水晶)的壓電效應(yīng)，用來產(chǎn)生高精度振蕩頻率的一種電子元件，屬于被動(dòng)元件。該元件主要由石英晶片、基座、外殼、銀膠、銀等成分組成。根據(jù)引線狀況可分為直插(有引線)與表面貼裝(無引線)兩種類型。當(dāng)前常見的主要封裝型號(hào)有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5與SMD。
無源晶振是有2個(gè)引腳的無極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來。無源晶振信號(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)周邊配置電路也需要做相應(yīng)的調(diào)整。一般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晶體。
圖4 無源晶振
圖5 無源晶振電路圖
3、有源晶振和無源晶振的區(qū)別
3.1信號(hào)質(zhì)量
有源晶振不需要DSP的內(nèi)部振蕩器，信號(hào)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(gè)電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過濾信號(hào)即可)，不需要復(fù)雜的配置電路。無源晶振需要用DSP片內(nèi)的振蕩器，無源晶振沒有電壓的問題，信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)電壓要求的DSP，因此對于一般的應(yīng)用如果條件許可建議用晶體，這尤其適合于產(chǎn)品線豐富批量大的生產(chǎn)者。有源晶振通常的接法：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(hào)電平是固定，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，。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。
3.2價(jià)格
有源晶振比較貴，但是有源晶振自身就能震動(dòng)。而無論是無源晶振，還是有源晶振，都有自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)所在，若考慮產(chǎn)品成本，建議可以選擇無源晶振電路;若考慮產(chǎn)品性能，建議選擇有源晶振電路，省時(shí)方便也能保證產(chǎn)品性能。
3.3精度
無源晶振最高精度為5ppm，而有源晶振的精度則可以達(dá)到0.1ppm。精度越高，頻率穩(wěn)定性也更好。有源晶振在穩(wěn)定性上要?jiǎng)龠^無源晶振，但也有自身小小的缺陷，有源晶振的信號(hào)電平是固定，所以需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差。
3.4時(shí)序要求
對于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用，個(gè)人認(rèn)為還是有源的晶振好，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。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(dāng)，有的甚至比許多晶體還要小。
3.5外形
有源晶振一般4個(gè)腳，一個(gè)電源，一個(gè)接地，一個(gè)信號(hào)輸出端，一個(gè)NC(空腳)。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。無源晶振有2個(gè)引腳，需要借助于外部的時(shí)鐘電路(接到主IC內(nèi)部的震蕩電路)才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩。
3.6電壓及負(fù)載
有源晶振有電壓無負(fù)載，無源晶振有負(fù)載無電壓。
4.關(guān)于有源晶振和無源晶振的常見問題
4.1晶振是有源還是無源?
無源晶體就是我們常說的諧振器，有源的是晶體振蕩器，用來產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，但兩者有很大的不同。
4.2如何識(shí)別晶體振蕩器?
定位晶體振蕩器的位置。如果晶體振蕩器在電路中，則需要對其進(jìn)行定位。如果連接到電腦主板上，晶體振蕩器通常會(huì)被標(biāo)記為“XTAL”，并且振蕩頻率會(huì)寫在設(shè)備頂部。
4.3晶體和晶體振蕩器有什么區(qū)別?
晶體和振蕩器都是時(shí)鐘處理器的組成部分。振蕩器配置有緩沖器，這意味著它能夠執(zhí)行高輸出驅(qū)動(dòng)任務(wù)，晶體只是振蕩器的一部分。
4.4可以用有源晶振替換無源晶振嗎？
理論上是可以的。但不能直接替代。有源晶振至少得有三個(gè)以上引腳，即vcc+、vcc-和信號(hào)輸出。而無源晶振只要兩個(gè)引腳就行。有源晶振不能直接替代無源晶振，需要對電路做適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。事實(shí)上，有源晶振是無源晶振的基礎(chǔ)上做的振蕩器，而無源晶振只是一個(gè)小元件。在電路中，你需要將無源晶振的振蕩電路繞開，單獨(dú)為有源晶振代供電，將信號(hào)輸出端接至原來無源晶振的信號(hào)輸出端即可。最后要注意一點(diǎn)：信號(hào)輸出端的負(fù)載阻抗要匹配，否則，會(huì)有輸出波形不良。
結(jié)語
以上就是關(guān)于有源晶振和無源晶振的分析了，晶振的穩(wěn)定性是產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)，與匹配電容無關(guān)(電容的穩(wěn)定性不好另當(dāng)別論)，匹配電容決定了晶振的運(yùn)行精度。相信看過本文介紹之后你可以對晶振做出更好的選擇。
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