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

posted @ 2023-06-21 14:03  FBshark  阅读(80)  评论(0编辑  收藏  举报