【转】一些板级有源无源和晶振知识

有源和无源

在电子学上，通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”（如有源音箱、有源滤波器等），而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。不依靠外加电源（直流或交流）的存在就能独立表现出其外特性的器件就是无源器件。之外就是有源器件。所谓“外特性”就是描述器件的某种关系量，尽管是使用了电压或电流，电场或磁场压力或速度等等量来描述其关系。无源器件的外特性却与他们是否作为策动源而存在没有关系。

有源晶振和无源晶振的简单介绍

无源晶振
无源晶振为crystal（晶体），无源晶振是有2个引脚的无极性元件，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，所以“无源晶振”这个说法并不准确。无源晶振没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶振可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。无源晶振相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，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需要做相应的调整。使用时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。
单片机的无源晶振（晶体）两旁的电容，是晶体的匹配电容，只有在外部所接电容匹配的条件下，才能近似达到标称频率。一般情况下是30pF左右。
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有源晶振
有源晶振则叫做oscillator（振荡器），有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。有源晶振，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波），不需要复杂的配置电路。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，价格相对较高。对于时序要求敏感的应用，还是有源的晶振好，因为可以选用比较精密的晶振，甚至是高档的温度补偿晶振。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大，但现在许多有源晶振是表贴的，体积和晶体相当，有的甚至比许多晶体还要小。
如果要求系统比较稳定，比如MPU CPLD FPGA等则选择有源晶振。
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有源晶振的接法
有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。可以看到 有源晶振 = 普通晶振+逻辑电路

 

有源晶振输出串电阻的作用

1.对于数字电路里最重要的时钟源部分，应该特别注意保证信号完整性。 串电阻是为了减小反射波，避免反射波叠加引起过冲。如无必要串电阻，就用0欧电阻连接。反射波在大部分电路里有害，但PCI却恰恰利用了反射波形成有效信号。

2.减少谐波，有源晶体输出的是方波，这将引起谐波干扰，尤其是阻抗严重不匹配的情况下，加上电阻后，该电阻将与输入电容（芯片的输入端有输入电容，走线也有分布电容）构成RC积分平滑电路，将方波转换为近似正弦波，虽然信号的完整性受到一定影响，但由于该信号还要经过后级放大、整形后才作为时钟信号，因此，性能并不受影响，该电阻的大小需要根据输入端的阻抗、输入等效电容，有源晶体的 输出阻抗等因素选择。

3.阻抗匹配，减小回波干扰及导致的信号过冲，只要阻抗不匹配，都会产生信号反射，即回波，有源晶体的输出阻抗通常都很低，一般在几百欧以下，而信号源的输入端在芯片内部结构上通常是运放的输入端，由芯片的内部电路与外部的无源石英晶体构成谐振电路（使用有源晶体后就不需要这个晶体了），这个运放的输出阻抗都在兆欧以上。

有源晶振和无源晶振的输出波形

无源晶振输出正弦波。有源晶振输出正弦波或方波。如果有源晶振把整形电路(施密特整形)做在有源晶振里面了的话，输出就是方波。但很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波，这是由于示波器的带宽不够，

由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加，带宽不够的话，高频方波很容易看成正弦波。因为你只能看到其低频谐波分量，所以显示正弦波。 完美的再现方波需要至少10倍的带宽，5倍的带宽只能算是勉强。另外也有可能是负载的问题，可以把探头调整到*10档。