有源晶振和无源晶振的区别

晶振从材质可以分为石英晶振和陶瓷晶振两大类，而从属性晶振可以分为无源晶振：crystal（晶体）和有源晶振：oscillator（振荡器）。石英晶振和陶瓷晶振从外观上非常有利于区分，毕竟也是两种完全不一样的材质。而无源晶振和有源晶振有时候让人傻傻分不清楚。

1、无源晶振

无源晶振是的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。

(常见的为2个引脚，其实无源晶振也有4只脚的）

　　图 1 无源晶振

无源晶振信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路也需要做相应的调整。一般建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷晶体。

图2 无源晶振应用电路

该电路不只是有一个晶振，还有两个电容，这两个电容有什么作用呢？

这两个电容一般称为“匹配电容”或者“负载电容”、“谐振电容”。晶振电路中加这两个电容是为了满足谐振条件。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。只有连接合适的电容才能满足晶振的起振要求，晶振才能正常工作。

负载电容的值的计算：

负载电容无法满足的话一般会使晶体频率产生偏差，严重的话晶体无法起振。电路设计中要尽量满足晶体的负载电容需求，从而使晶体工作在最佳状态。负载电容计算公式如下：

CL = C1*C2 / (C1+C2) + CS

CL为晶振的负载电容值，一般通过查询晶振的数据手册获得。CS为电路板的寄生电容，一般取 3~5pF，取C1 = C2，那么公式可以简化成如下：

CL = C1 / 2 + CS

一般情况下，增大负载电容的值会使振荡频率下降，减小负载电容的值，会使振荡频率上升。

们有时候还会看到如图3所示的晶振电路。

图3 不带并联电阻和带并联电阻的晶振电路

该电路中晶振上又并了一个电阻，这是为什么呢？

这个电阻实际上是反馈电阻，是为了方便晶振起振的。对于COMS而言，这个电阻的阻值可以是1M以上，对于TTL则是需要视情况而定。最好的办法是看看芯片的数据手册，确认芯片晶振电路内部是否有电阻，如果没有，电路设计时最好加上。

2、 有源晶振

有源晶振是一个完整的振荡器，不需要CPU提供支持（CPU的内部振荡器）。

其中除了石英晶体外，内部还有晶体管和阻容元件，因此体积较大，并且需要电源。

有源晶振的封装一般有4个引脚，分别为VCC（电压）、GND（地）、OUT（时钟信号输出）、NC（空脚）。

图4 有源晶振正面

 图5 有源晶振背面

以下是有源晶振常见的应用电路（主要做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可）。

图6 有源晶振应用电路

3、有源晶振和无源晶振的区别

1、有源晶振比较贵，但是有源晶振自身就能震动。而无论是无源晶振，还是有源晶振，都有自身的优点和缺点所在，若考虑产品成本，建议可以选择无源晶振电路；若考虑产品性能，建议选择有源晶振电路，省时方便也能保证产品性能。

2、无源晶振最高精度为5ppm，而有源晶振的精度则可以达到0.1ppm。精度越高，频率稳定性也更好。有源晶振在稳定性上要胜过无源晶振，但也有自身小小的缺陷，有源晶振的信号电平是固定，所以需要选择好合适输出电平，灵活性较差。

3、有源晶振一般4个脚，一个电源，一个接地，一个信号输出端，一个NC（空脚）。有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。

4、无源晶振有2个引脚，需要借助于外部的时钟电路(接到主IC内部的震荡电路)才能产生振荡信号，自身无法振荡。

5、相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。

 

扩展：

回答1：

1. 上面那副图是音叉晶体，因为主要用于钟表，俗称表晶。它也是石英谐振器家族中参数指标最低的一种晶体。

2. 下面那副图是一种常用的石英谐振器，其封装形式为HC-49S。但由于它体积较大，泛音特性不好，所以目前已有淘汰的趋势。

回答2：

参数：体积和频率不一样，上面的是2*6或3*8的可以做到的频率KHZ和MHZ的，下面的是HC-49S的可以做到最低的频率是3.579545M，因价格便宜（0.15-0.35元/PCS），目前中国市场上大多用的都是这两种晶振，这两种晶振一般都用于对频率要求不是很高的电子产品上的，现市场上有一种自带输出频率功能的IC，所以很多公司都采用这两种晶振搭配IC的。应用于这两种晶振的电子产品最常见的都有：U盘、学习机、主板、钟表、石英手表、电子表、网线延长器、模拟摄像机、数码照像机、工控设备等。

参考资料：

1. 《有源晶振和无源晶振的区别》

2. 《单片机常用电路之晶振电路》https://www.elecfans.com/emb/danpianji/202208081873504.html