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九月 17 2019

晶振和晶体有什么区别


目录

1.基本介绍

1.1晶体(crystal)

1.2晶振(oscillator)

2.应用范围及用法
3.注意事项
4.区分

  晶振是有源晶振的简称,又叫振荡器。英文名称是oscillator。晶体则是无源晶振的简称,也叫谐振器。英文名称是crystal。 但由于不正确的普及知识,又或者是明明知道的定义,却由于习惯的叫法。使得晶振这个名词成为了所有晶体振荡器和晶体谐振器的统称,虽然这两者只有一字之差,但在电路组成以及线路板焊接技术上有着非常巨大的差异。下面一起看看它们有什么区别:

  1.基本介绍

  1.1晶体(crystal)

  有的RD称其为晶振:石英晶体,是无源的两个脚的,没有方向,需要IC或其它外部晶体振荡器输入,才产生频率,是无方向的。晶体还需要反向器,负载电容(loading capacitor)才可组成振荡器.石英晶体元件由石英晶体片和外壳组成一种无源压电元件,俗称晶体、晶振,我国早期称晶体谐振器。由此可见正常石英晶体元件(两脚),是无方向性的,但当一个引出端(引脚)与外壳相连导通时就有可能有方向性了。

  crystal是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性,如果给它通电,它就会产生机械振荡,反之,如果给它机械力,它又会产生电,这种特性叫机电效应。它们有一个很重要的特点,其振荡频率与它们的形状,材料,切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定,热膨胀系数非常小,其振荡频率也非常稳定,由于控制几何尺寸可以做到很精密,因此,其谐振频率也很准确。

晶体

晶体

  1.2晶振(oscillator)

  有的RD也称其为晶振,一般有四个脚,是有方向的,有电源、地和时钟输出引脚,内部有晶体和振荡电路,不需要输入输入信号源,直接可产生频率。出厂时频率已校准。特点:应用方便、频率稳定、电磁辐射少。但价格比晶体贵些。石英晶体振荡器简称晶振,一般是由石英晶体元件、IC和阻容及外壳组成有源功能组件,加电即可输出稳定频率信号。对晶振一般为4脚(引出端),都有方向性,样本或说明书中有标注。

晶振

晶振

  2.应用范围及用法

  (1)无源晶体:无源晶体需要用DSP片内的振荡器,在datasheet上有建议的连接方法。无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的,同样的晶体可以适用于多种电压,可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP,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。

  无源晶体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。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警惕。

无源晶体

无源晶体

  (2)有源晶振:有源晶振不需要DSP的内部振荡器,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,通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络,输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可),不需要复杂的配置电路。

  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。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。

  对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,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。有些DSP内部没有起振电路,只能使用有源的晶振,如TI的6000系列等。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。

有源晶振

有源晶振

  3.注意事项

  (1)需要倍频的DSP需要配置好PLL周边配置电路,主要是隔离和滤波;

  (2)时钟信号走线长度尽可能短,线宽尽可能大,与其它印制线间距尽可能大,紧靠器件布局布线,必要时可以走内层,以及用地线包围;

  (3)20MHz以下的晶体晶振基本上都是基频的器件,稳定度好,20MHz以上的大多是谐波的(如3次谐波、5次谐波等等),稳定度差,因此强烈建议使用低频的器件,毕竟倍频用的PLL电路需要的周边配置主要是电容、电阻、电感,其稳定度和价格方面远远好于晶体晶振器件;

  (4)通过背板从外部引入时钟信号时有特殊的设计要求,需要详细参考相关的资料。此外还要做一些说明:总体来说晶振的稳定度等方面好于晶体,尤其是精密测量等领域,绝大多数用的都是高档的晶振,这样就可以把各种补偿技术集成在一起,减少了设计的复杂性。

  特殊领域的应用如果找不到合适的晶振,也就是说设计的复杂性超出了市场上成品晶振水平,就必须自己设计了,这种情况下就要选用晶体了,不过这些晶体肯定不是市场上的普通晶体,而是特殊的高端晶体,如红宝石晶体等等。更高要求的领域情况更特殊。

  4.区分

  晶体通常为两脚和四脚晶振,以2520晶振,3225晶振,5032晶振等一类晶振而言,它们都拥有两脚或者四脚的封装,晶振为四脚或者四脚以上的,这里可以肯定的一点,两脚的一定为晶体。那当遇到都是四脚的贴片晶振,如何区分晶体和晶振呢?如果晶体或者晶振在电路板上,我们只需观察晶振的外部电路是否有其它元器件的连接,如若无,则为晶振(有源晶振)。如果用肉眼观察,简单而有力的一点则是观察晶振的厚度,一般的晶体厚度均在0.45mm左右,而由于晶振技术内置起振芯片,因此晶振的厚度要比晶体高。

  本文总结了晶振与晶体的基本介绍、应用范围及用法、注意事项和区分。在选用时,要根据你所用的IC的具体要求,来选:只能用外部时钟,则选钟振,或用晶振+反相器+电容来组成振荡器,按价钱和方便来取;若可用外部时钟,也可用晶振,那就用晶振,;若只能用晶振,就选晶振。

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