晶振理论知识
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无源晶振无源晶振与与有源晶振无源晶振无源晶振((Crystal :):内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片内只有一片按一定轴向切割的石英晶体薄片,,供接入运放供接入运放((或微处理器的Xtal 端)以形成振荡以形成振荡。
((依靠配合其他依靠配合其他IC 内部振荡电路工作内部振荡电路工作))有源晶振有源晶振((Oscillator )::内带运放内带运放内带运放,,工作在最佳状态工作在最佳状态,,送入电源后送入电源后,,可直接输出一定频率的等可直接输出一定频率的等幅幅正弦波(。
(晶振晶振+振动电路振动电路,,封装在一起封装在一起,,加上电源加上电源,,就有波形输出就有波形输出))※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,自身无法振荡起来无源晶振需要用微处理器片内的振荡器,在datasheet 上有建议的连接方法。
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的微处理器,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。
※有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,里面除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件 。
有源晶振不需要微处理器的内部振荡器,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。
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。
《晶振知识培训》课件

智能穿戴
总结词
晶振在智能穿戴设备中的应用主要涉及健康监测、运动跟踪等功能。
详细描述
智能手环、智能手表等智能穿戴设备需要实时监测和记录用户的健康状况和运动数据。晶振为这些设 备提供稳定的计时基准,确保计步、心率监测等功能的准确性和实时性。同时,晶振也用于智能穿戴 设备的控制电路中,实现各种操作和功能切换。
总结词
激励电流过大可能导致晶振损坏,表现为晶体失效或 性能下降。
详细描述
激励电流过大可能是由于电源电压过高、电路元件损坏 或电路设计不合理所引起的。解决此问题的方法是检查 电源电压是否在规定范围内,检查电路元件是否完好并 正确使用,同时根据需要调整激励电流的大小。
工作温度范围不达标
总结词
工作温度范围不达标可能导致晶振性能不稳定,表现为频率偏移或输出信号幅度 减小。
《晶振知识培训》课 件
• 晶振概述 • 晶振的参数与性能指标 • 晶振的应用领域 • 晶振的选用与替换 • 晶振的常见问题与解决方案
目录
Part
01
晶振概述
晶振的定义与特性
总结词
晶振是一种利用晶体物理特性制作的电子元件,具有高精度、高稳定性的特点。
详细描述
晶振是晶体振荡器的简称,它利用某些晶体(如石英晶体)的压电效应,将电能 转换为机械振动,从而产生稳定的频率信号。由于晶体的物理特性,晶振能够产 生高精度、高稳定性的频率信号,广泛应用于各种电子设备中。
Part
02
晶振的参数与性能指标
频率与精度
频率
晶振的输出频率,通常以兆赫兹 (MHz)或千兆赫兹(GHz)为 单位。
精度
晶振的频率精度,通常以百万分 之一(ppm)为单位,表示频率 误差。
《晶振知识培训》课件

晶振的稳定性和精度取决于 晶体的制造工艺和材料选择
晶振的分类
按照频率分类: 低频晶振、高频 晶振、超高频晶 振
按照材料分类: 石英晶振、陶瓷 晶振、硅晶振
按照封装分类: 贴片晶振、插件 晶振
按照功能分类: 普通晶振、温度 补偿晶振、压控 晶振、温补晶振 、压控温补晶振
晶振的应用
电子设备:作为时钟源,提供精确的时钟信号 通信设备:作为频率基准,保证信号传输的稳定性 医疗设备:用于心电图、脑电图等医疗设备的信号采集和处理 航空航天:用于卫星导航、雷达等设备的信号处理和传输
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晶振的基本概念
晶振的主要参数
晶振的选型与使 用
晶振的发展趋势 与未来展望
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晶振的基本概念
晶振的定义
晶振是一种电子元件, 用于产生稳定的频率 信号
晶振的工作原理是利 用石英晶体的压电效 应和逆压电效应
晶振的主要参数
频率
晶振频率:晶振工作的基本频率, 单位为Hz
频率精度:晶振频率的精度,单 位为ppm(百万分之一)
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频率稳定性:晶振频率的稳定性, 单位为ppm(百万分之一)
频率温度系数:晶振频率随温度 变化的特性,单位为ppm/℃(百 万分之一/摄氏度)
精度
晶振的精度是指晶振的频率误差,通常用ppm(百万分之一)表示 晶振的精度越高,其频率误差越小,性能越稳定 晶振的精度与晶振的制造工艺、材料、设计等因素有关 晶振的精度选择应根据实际应用需求进行,过高的精度可能会增加成本和功耗
晶振基础知识

4.晶振的应用 并联电路:
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器 1):如何选择晶体? 对于一个高可靠性的系统设计,晶体的选择非常重要,尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功 耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少,造成晶体起振很慢或根本就不能起振 。这一现象在上电复位时并不特别明显,原因时上电时电路有足够的扰动,很容易建立振荡。在睡眠 唤醒时,电路的扰动要比上电时小得多,起振变得很不容易。在振荡回路中,晶体既不能过激励(容易 振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑:谐振频点,负载电容,激励 功率,温度特性,长期稳定性。 2):晶振驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀,这将引起频率的 上升。可用一台示波器检测OSC输出脚,如果检测一非常清晰的正弦波,且正弦波的上限值和下限值 都符合时钟输入需要,则晶振未被过分驱动;相反,如果正弦波形的波峰,波谷两端被削平,而使波 形成为方形,则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的 最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻,从0开始慢慢调高,一直到正弦波不再被削平为止。 通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
3).如何选择电容C1,C2? (1):因为每一种晶振都有各自的特性,所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 (2): 在许可范围内,C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率,越准确越好, C值偏大虽有利于振荡器的稳定,但将会增加起振时间。 (3):应使C2值大于C1值,这样可使上电时,加快晶振起振。
2.晶振的基本原理
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器,是由于它具有正(机械能→电能)、反(电能→机械能)压电效应。沿 石英晶片的电轴或机械轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷,呈现出电压,其 大小与所加力产生的形变成正比;若施加张力,则产生反向电压,这种现象称为正电效应。当沿石英晶 片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种现象称为反压电效应。 因此,在晶体两面三刀端加上交流电压时,晶片会随电压的变化产生机械振动,机械振动又会在晶片内 表面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体,对于某一振动方式,有一个固有的机械谐振频率。当外 加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时,晶片的机械振动幅度最大,流过晶片的电流最大,产生了 共振现象。石英晶片的共振具有多谐性,即除可以基频共振外,还可以谐频共振,通常把利用晶片的基 频共振的谐振器,利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器,一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。 晶片的振动频率与厚度成反比,工作频率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,频率越低),,这样的晶片 其机械强度就越差,加工越困难,而且容易振碎,因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地,在 工作频率小于20MHZ时采用基频晶体,在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。
晶振知识大全

晶振知识大全(总17页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面,使用请直接删除晶振的定义: 晶振的英文名称为crystal. 石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成,主要是为电路提供频率基准的元器件。
晶振的分类:1.按制作材料,分为石英晶振和陶瓷晶振。
石英晶振:利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。
其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
陶瓷晶振:指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。
陶瓷晶振就是晶体逆压电效应原理,陶瓷谐振器的工作原理就是既可以把电能转换为机械能,也可以把机械能转换为电能。
目前陶瓷谐振器的类型按照外形可以分为直插式和贴片式两中。
2. 从功能上分晶振分为无源晶振和有源晶振。
无源晶振即为石英晶体谐振器,而有源晶振即位石英晶体振荡器。
无源晶振只是个石英晶体片,使用时需匹配相应的电容、电感、电阻等外围电路才能工作,精度比晶振要低,但它不需要电源供电,有起振电路即可起振,一般有两个引脚,价格较低。
有源晶振内部含有石英晶体和匹配电容等外围电路,精度高、输出信号稳定,不需要设计外围电路、使用方便,但需要电源供电,有源晶振一般是四管脚封状,有电源、地线、振荡输出和一个空置端。
使用有源晶振时要特别注意,电源必须是稳压的且电源引线尽量短,并尽量与系统中使用晶振信号的芯片共地。
3、从封装形式上分有直插型(DIP)和贴片型(SMD)。
4、按谐振频率精度,分为高精度型、中精度型和普通型晶振。
5、按应用特性,分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。
晶振重要基础知识点

晶振重要基础知识点晶振(Crystal Oscillator)是一种电子元件,作为电路中的重要组成部分,主要用于产生稳定的电信号。
在电子技术领域中,晶振是一项重要的基础知识点,对于电路的设计和工作原理具有关键性的影响。
以下是有关晶振的几个重要基础知识点。
1. 晶体的特性:晶振的核心部件是晶体,通常采用石英晶体。
晶体具有特殊的物理特性,能够产生稳定的振荡频率。
这是由于晶体的晶格结构和内部电荷特性决定的。
因此,晶体的选择对于晶振的性能和稳定性至关重要。
2. 振荡电路的构成:晶振一般包含振荡电路,该电路由晶体振荡器、放大电路和输出电路组成。
晶体振荡器是整个晶振的核心部件,用于产生基准频率信号。
放大电路用于放大振荡器输出的信号,以便提供足够的幅度和驱动能力。
输出电路则将放大后的信号输出给其他电路或系统。
3. 振荡频率和精度:晶振的一个关键参数是振荡频率,即晶体的振荡周期。
该频率取决于晶体的物理特性和电路参数。
晶振的精度取决于晶体的制作工艺和电路设计。
通常情况下,晶振的频率精度可以达到百万分之一甚至更高的水平。
4. 温度特性:晶振的频率通常会随着温度的变化而发生微小的变化,这是由晶体的温度特性决定的。
为了确保晶振在不同温度下的稳定性,通常会采取一些温度补偿措施,例如使用温度补偿电路或选择温度稳定性较好的晶体材料。
5. 应用领域:晶振在电子领域有广泛的应用。
最常见的应用是在时钟电路中,用于提供计时信号。
此外,晶振还用于无线通信设备、计算机系统、自动化控制系统等领域,为这些系统提供稳定的基准时钟信号。
综上所述,晶振作为电子领域的重要基础知识点,涉及晶体的特性、振荡电路的构成、振荡频率和精度、温度特性以及应用领域等方面。
深入理解和熟悉晶振的相关知识,对于电子工程师和电路设计师来说至关重要,能够帮助他们设计出稳定性高、性能优越的电子系统。
晶振基础知识

1、晶体元件参数 1.1等效电路作为一个电气元件,晶体是由一选定的晶片,连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成。
晶体谐振器的等效电路图见图1。
等效电路由动态参数L 1、C 1、R 1和并电容C 0组成。
这些参数之间都是有联系的,一个参数变化时可能会引起其他参数变化。
而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。
下面的两个等式是工程上常用的近似式:角频率ω=1/11C L 品质因数Q=ωL 1/R 1其中 L1为等效动电感,单位mHC1为等效电容,也叫动态电容,单位fF R1为等效电阻,一般叫谐振电阻,单位Ω图2、图3、图4给出了各种频率范围和各种切型实现参数L 1、C 1、R 1的范围。
图2常用切型晶体的电感范围 图3 常用切型的电容范围对谐振电阻来说,供应商对同一型号的任何一批中可以有3:1的差别,批和批之间的差别可能会更大。
对于一给定的频率,采用的晶体盒越小,则R 1和L 1的平均值可能越高。
1.2 晶体元件的频率,晶体元件的频率通常与晶体盒尺寸和振动模式有关。
一般晶体尺寸越小可获得的最低频率越高。
晶体盒的尺寸确定了所容纳的振子的最大尺寸,在选择产品时应充分考虑可实现的可能性,超出这个可能范围,成本会急剧增加或成为不可能,当频率接近晶体盒下限时,应与供应商沟通。
下表是不同晶体盒可实现的频率范围。
图4 充有一个大气压力气体(90%氮、10%氦)的气密晶体元件的频率、切型和电阻范围晶体盒型号振动模式频段(MHz)HC-49UAT基频 1.8432-30 BT基频20-40 AT三次泛音20-85 AT五次泛音50-180HC-49SAT基频 3.579-30 AT三次泛音20-65 AT五次泛音50-150SMD7×5AT 基频6-40 AT 三次泛音33-100 AT 五次泛音50-180SMD6×3.5AT 基频8-40 AT 三次泛音35-100 AT 五次泛音50-180SMD5×3.2AT 基频12-45 AT 三次泛音35-100 AT 五次泛音60-1801.3 频差规定工作温度范围及频率允许偏差。
晶振知识介绍

晶振知识介绍
1晶振在线路中的符号是"X”,"Y”
2晶振的名词解释:能产生具有一定幅度及频率波形的振荡器.
3晶振在线路图中的表示符号:
4晶振的测量方法:
测量电阻方法:用万用表RX10K档测量石英晶体振荡器的正,反向电阻值.正常时应为无穷大.若测得石英晶体振荡器有一定的阻值或为零,则说明该石英晶体振荡器已漏电或击穿损坏.
动态测量方法:用是波器在电路工作时测量它的实际振荡频是否符合该晶体的额定振荡频率,如果是,说明该晶振是正常的,如果该晶体的额定振荡频率偏低,偏高或根本不起振,表明该晶振已漏电或击穿损坏。
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技术术语01:NO signal output from the crystal ?1-1.Please measure the signal output by two terminals of the crystal using Oscilloscope or Frequency Counter. If there is no signal output, please follow step 1-1 to step 1-4 to execute the examination. If there is signal output from out- terminal of the crystal ( Xout), but no signal output from the in-terminal (Xin), please check the crystal following step1-5 to step 1-6.1-2.Please uninstall the crystal and test its frequency and load capacitance to see whether they vibrate and meet your specifications using a professional testing machine. You can also send it to your supplier to have them test it for you.1-3.If any of the following situations happen, the crystal doesn’t vibrate, its load capacitance doesn’t match your specification,or there is a huge gap between current frequency and your targeted frequency, please send the crystal to your supplier to conduct Quality Analysis. If the frequency and load capacitance meet your specifications, we will need to conductEquivalent Circuit Test.1-4.Equivalent Circuit Test1-4-1.Generally, the oscillation circuit of Microprocessor derives from Colpitts circuit showing below:Picture 1Cd and Cg are external load capacitances, which have been built in the chip set. (Please refer to the Specifications of thechip set)Rf is the feedback resistance with200KΩ~1MΩ. It’s built in the chip set generally. Rd is the Limit Resistor with 470Ω~1KΩ. This resistance is not necessary for common circuit but only for circuits havinghigh power supply.1-4-2.A stable oscillation circuit requires a negative resistance and its value should be at least five times of the crystalresistance. It can be written as |-R| > 5 Rr.For example, to acquire a stable oscillation circuit, the value of negative resistance of the IC must be under –200Ω whenthe value of the crystal resistance is 40Ω.1-4-3.“Negative resistance” is the yardstick to evaluate the quality of an oscillation circuit. Under some circumstances such asaging, thermal change, voltage change, and etc., the circuit might not oscillate if the value of “ Q” is low. Thus, it’s veryimportant to measure the negative resistance (-R )following the instructions below:(1) Connect the resistance (R) with the crystal in series(2) Adjust the value of R from the start point to the stop point of the oscillation.(3) Measure the value of R during oscillating.(4) You will be able to obtain the value of negative resistance, |–R| = R + Rr, and Rr = crystal resistance.P.S. the stray capacitance of the connected circuit might affect measured values.1-4-4.If the parameters of the crystal are normal but it’s not working steadily within theoscillation circuit, we will have to findout whether the resistance valu e of the IC is too low to drive the circuit. If that’s the case, we have three methods toimprove such situation:Lower the value of external capacitance(Cd and Cg), and adopt other crystal with lower load capacitance (CL).Adopt a crystal with lower resistance (Rr).Use the design of unequal values of Cd and Cg. We can increase the load capacitance of Cd (Xout) and decrease theload capacitance of Cg(Xin) to raise the output of waveform amplitude from Xin which will be used in its back-endcircuit.1-5.When there is signal output from Xout but not Xin, it represents the case that the power consumption of the rear -electrode Backend Circuit is extremely huge. We can add a buffer between the output of the circuit and its rear electrodeto drive the back-end Circuit.1-6.Except the method of 1-5 mentioned above, you can also follow the three methods in step 1-4-4. Pleasecontact the field application engineers of crystal or IC manufacturers for further assistance, if your problem can’t besolved.02. System is not functioning because of no adequate output waveform amplitude from the crystal ?2-1.Please measure the signals from the two terminals of the crystal using Oscilloscope or Frequency Counter, if the Frequencyis not within the specification and it’s output waveform amplitude is not adequate (for example, over+/- 200ppm), pleasefollow step 2-3 to step 2-5.2-2.The formula for Capacitances versus Frequency is as following:FL = FR * ( 1 + C1 / 2 * ( C0 + CL) ) whereThe curve represents the variation of capacitance changes versus variation of frequency changes ( Frequency pullability):If the frequency measured by Frequency Counter is higher than the targeted frequency, we should increase the value ofcapacitances (CL, or Cd & Cg ) to lower the frequency to the targeted frequency, vice versa.Please check whether the waveform amplitude is improved or not after we adjust the frequency. If it’s improved, thatindicates the case that the original design of the circuit is not tuned to the best resonant point for the crystal. The crystalshould function normally after the resonant point is adjusted.2-3.If the waveform amplitude is not improved even the frequency is pretty much close to the targeted frequency, we canimprove it using three methods below:Method 1: Lower the value of external capacitance (Cd, and Cg) , and adopt crystal with lower loadapacitance (CL).Method 2: Adopt the crystal with lower resistance(Rr).Method 3: Use the design of unequal values of Cd and Cg.We can increase the load capacitance of Cd (Xout) and decrease the load capacitance of Cg(Xin) to raise the output ofwaveform amplitude from Xin which will be used in its back-end Circuit.We suggest that you use above methods to save costs and assure safety2-4.Please use the Frequency Counter to measuring the crystal to ensure that the adjusted frequency still meets originalspecification after the waveform amplitude has been improved. If the frequency doesn’t meet the specification, pleaseadopt a crystal with suitable CL value according to your targeted frequency.2-5.Please adopt a crystal with lower CL if the frequency is much higher than the targeted frequency, vice versa.03. System is not functioning due to high deviation of output frequency ?3-1.We can improve the problem that deviation of frequency output is over the limit by following methods:Adjust the values of external capacitance, Cd & Cg.If the frequency measured by Frequency Counter is higher than targeted frequency, we should increase the externalcapacitance, CL ( or the values of Cd & Cg ), to lower the frequency to our targeted frequency, vice versa.Adopt a crystal with different value of capacitance(CL).Adopt a crystal with lower capacitance if the frequency is much higher than the targeted frequency, vice versa.3-2.Please check whether the waveform amplitude is normal or not using Oscilloscope, after the correct capacitance is adoptedand the frequency is adjusted to target. Under the situation that the waveform amplitude is shrunk due to adding externalcapacitances, please use method 2 to adjust the frequency ( lower external capacitances and adopt a crystal with lowercapacitance).石英晶体基础理论•石英晶体特性石英是一种压电材料,被发觉是自然界所产生的透明结晶物,它所展现的是非常稳定的压电效应,从化学与机械上的特性在早期的电子实验引起了极大的关注。