晶振的主要参数及其对电路的影响
有关晶振的知识详解
晶振的工作原理是什么？ [标签：电子资料]石英晶体若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应，晶振就是根据压电效应研制而成。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
提问者：bangbanghoutai浏览次数：1539 提问时间：2007-12-08 15:55姓名：帮帮笔名：bangbanghoutai等级：副连长 (三级)回答数： 6395 次通过率： 43.47%主营行业：精细化学品公司：擅长领域：阿里旺旺雅虎实战案例答案收藏答案收藏答案分享给好友最新回答者：woyige等级：列兵 (一级)回答的其他贡献者：woyige>>目录∙1、石英晶体振荡器的结构∙2、压电效应∙3、符号和等效电路∙4、谐振频率∙5、石英晶体振荡器类型特点∙6、石英晶体振荡器的主要参数∙7、石英晶体振荡器的发展趋势∙8、石英晶体振荡器的应用1、石英晶体振荡器的结构编辑本段石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：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。
下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。
2、压电效应编辑本段若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
有源晶振典型应用电路
有源晶振典型应用电路一、引言在电子技术领域，晶振作为一种重要的频率控制元件，被广泛应用于各种电子设备中。
有源晶振，作为一种具有内置放大电路的晶振，因其稳定性好、频率准确度高、使用方便等优点，在通信、计算机、测量仪器等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍有源晶振的典型应用电路，并分析其工作原理和特点。
二、有源晶振概述有源晶振，又称为主动晶振，是一种内置有放大电路的晶体振荡器。
与无源晶振相比，有源晶振不需要外部提供激励信号，即可自行产生稳定的振荡频率。
有源晶振的频率稳定度通常优于无源晶振，且具有良好的温度特性。
此外，有源晶振还具有体积小、重量轻、易于集成等优点，因此在实际应用中具有较高的性价比。
三、有源晶振的典型应用电路1. 基本应用电路有源晶振的基本应用电路主要由有源晶振、电源、负载电容和输出缓冲器等组成。
其中，有源晶振的引脚通常包括电源引脚、地线引脚和输出引脚。
在实际应用中，需要根据有源晶振的规格书要求，正确连接电源和负载电容，以保证振荡电路的稳定性和准确性。
输出缓冲器的作用是将有源晶振产生的振荡信号进行放大和隔离，以便于驱动后续电路。
输出缓冲器的选择应根据实际应用需求来确定，通常需要考虑信号的频率、幅度、驱动能力等因素。
2. 复杂应用电路除了基本应用电路外，有源晶振还可以应用于更复杂的电路中，如锁相环电路、频率合成器等。
在这些应用中，有源晶振通常作为参考频率源，为电路提供稳定、准确的频率基准。
锁相环电路是一种能够实现对输入信号频率和相位进行锁定的电路。
在锁相环电路中，有源晶振作为参考频率源，为锁相环提供稳定的频率基准。
通过调整锁相环的参数，可以实现对输入信号频率和相位的精确锁定。
这种电路在通信、雷达、测量仪器等领域具有广泛应用。
频率合成器是一种能够产生多个稳定、准确频率的电路。
在频率合成器中，有源晶振作为主振源，通过频率变换和合成技术，可以产生多个与主振源频率相关的稳定输出频率。
频率合成器在通信、音频处理、测试仪器等领域具有重要应用。
石英晶体振荡器的主要参数
石英晶体振荡器的主要参数
晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。
不同的晶振标称频率不同，标称频率大都标明在晶振外壳上。
如常用一般晶振标称频率有：48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz～40.50 MHz等，对于特别要求的晶振频率可达到1000 MHz以上，也有的没有标称频率，如CRB、ZTB、Ja等系列。
负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部全部有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。
负载频率不同打算振荡器的振荡频率不同。
标称频率相同的晶振，负载电容不肯定相同。
由于石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。
所以，标称频率相同的晶振互换时还必需要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。
频率精度和频率稳定度：由于一般晶振的性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有肯定的频率精度和频率稳定度。
频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。
稳定度从±1到±100ppm不等。
这要依据详细的设备需要而选择合适的晶振，如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。
因此，晶振的参数打算了晶振的品质和性能。
在实际应用中要依据详细要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格不同，要求越高价格也越贵，一般选择只要满意要求即可。
1。
晶振参数详解
其中，CS 为晶体两个管 为 管脚间的寄生 电容（Shunt t Capacitance e）
8
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
当 R1、L1、C1 串联支路 路发生谐振的 的频率即串联 联谐振频率（Fr） ，此时容 容抗与感抗相互抵 路相当于只有 有等效串联电 阻 R1。 消，因此，支路
3
All rights reserved, NO Spreading without Authorization
并联型振荡 荡器电路如下 下图所示， 这种 种形式读者可 可能见得更多 多些， 一般单 单片机都会有 有这样 的电 电路。晶振的 的两个引脚与芯片（如单片 片机）内部的 的反相器相连 连接，再结合 合外部的匹配 配电容 CL1、CL2、R1、R2 R ，组成一个 个皮尔斯振荡 荡器（Pierce oscillator）
Au uthor: Jackie Lo ong
晶振 振参数详 详解
晶振是石英 英晶体谐振器 器（quartz cry ystal oscillator r）的简称，也称有源晶 振，它能够产 产生 中央 央处理器（CP PU）执行指令 令所必须的时 时钟频率信号 号，CPU 一切 切指令的执行 行都是建立在 在这个 基础 础上的，时钟 钟信号频率越 越高，通常 CP PU 的运行速 速度也就越快。 只要是包含 含 CPU 的电子 子产品，都至 至少包含一个 个时钟源，就算 算外面看不到 到实际的晶振 振电 路，也是在芯片 片内部被集成 成，它被称为 CPU 的心脏 脏。 如下图所示 示的有源晶振 振， 在外部施加 加适当的电压 压后， 就可以 以输出预先设 设置好的周期性时 钟信 信号，
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。
晶振的原理及特性
我们常说的晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电消耗很小的石英晶体经精细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征，假如给他通电，他就会产活力械振荡，反之，假如给他机械力，他又会产生电，这种特征叫机电效应。
他们有一个很重要的特色，其振荡频次与他们的形状，资料，切割方向等亲密有关。
因为石英晶体化学性能特别稳固，热膨胀系数特别小，其振荡频次也特别稳固，因为控制几何尺寸能够做到很精细，所以，其谐振频次也很正确。
依据石英晶体的机电效应，我们能够把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。
他们的机电效应是机-电-机-电....的不停变换，由电感和电容构成的谐振回路是电场-磁场的不停变换。
在电路中的应用其实是把它看作一个高Q值的电磁谐振回路。
因为石英晶体的消耗特别小，即Q值特别高，做振荡器用时，能够产生特别稳固的振荡，作滤波器用，能够获取特别稳固和陡削的带通或带阻曲线。
无源晶体与有源晶振的差别、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上有建议的连结方法。
无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是依据起振电路来决定的，相同的晶体能够合用于多种电压，可用于多种不一样时钟信号电压要求的DSP，并且价钱往常也较低，所以关于一般的应用假如条件同意建议用晶体，这特别适合于产品线丰富批量大的生产者。
无源晶体有关于晶振而言其缺点是信号质量较差，往常需要精准般配外头电路（用于信号般配的电容、电感、电阻等），改换不一样频次的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。
建议采纳精度较高的石英晶体，尽可能不要采纳精度低的陶瓷警惕。
2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳固，并且连结方式相对简单（主假如做好电源滤波，往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。
有源晶振往常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。
晶振ts值的作用
晶振ts值的作用1. 什么是晶振ts值晶振ts值是晶振器的一个重要参数。
晶振器作为电子设备的时钟源，主要由晶体谐振器和放大器组成。
其中晶体谐振器可以认为是振荡回路中的声谐振器，它产生谐振振动，并将其传递给放大器。
晶振的ts值指的是晶体谐振器在室温下（一般在25℃）的谐振频率与25℃时的额定频率之比。
在生产制造中，通过对ts值进行调整，可以使得晶振器的频率精度更高，更符合产品的要求。
2. 晶振ts值的作用晶振ts值对于电子设备的精度和稳定性非常关键，在以下领域有着重要的应用：2.1 时钟精度作为时钟源，晶振器的频率必须非常精确，以确保电子设备的可靠性，尤其是在需要高精度计时的电子设备中，如计量仪器、GPS定位系统等。
通过控制晶振的ts值，可以使其精度更高，满足各种精度要求。
2.2 运放采样率晶振器的ts值也对于采样率的控制有着重要的作用，功率放大器、AD转换器、数模转换器等电路中的晶振器，都需要满足一定的采样率要求。
通过调整ts值，可以精确地控制晶振器的频率，保证采样率的准确性。
2.3 电路振幅除了频率精度，ts值对晶振器的最大振幅也有着影响。
通过调节ts值，可以使得晶振器的振幅符合设备规格，并避免因振幅过高或过低而导致电路工作不稳定。
3. 如何选择晶振ts值选择晶振ts值需要根据具体设备的要求来进行判断。
一般来说，需要考虑以下因素：3.1 设备需要的频率设备需要的频率是选择晶振ts值的重要判断因素。
如果需要的频率比晶振的额定频率要高，可以选择ts值较小的晶振器；如果需要的频率比晶振的额定频率低，可以选择ts值较大的晶振器。
3.2 需要精度如果需要高精度的时钟源，应该选择频率稳定度和精度较高的晶振器，并进行精细调节才能满足要求。
3.3 设备工作环境晶振器的工作环境也会影响到ts值的选择。
例如，如果设备需要在高温或低温环境下工作，需要选择特殊材质或特殊加工工艺的晶振器。
4. 总结晶振ts值是晶振器的重要参数，对于提高电子设备的稳定性和精度有着非常重要的作用。
晶振的基本原理及特性
晶振的基本原理及特性晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。
其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。
分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。
可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。
因而能“压控”的频率范围也越小。
实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。
所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。
这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。
采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。
晶振的指标总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。
说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。
一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。
例如：精密制导雷达。
频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。
一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。
图中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。
图2 晶振输出频率随时间变化的示意图曲线1是用0.1秒测量一次的情况，表现了晶振的短稳；曲线3是用100秒测量一次的情况，表现了晶振的漂移；曲线4 是用1天一次测量的情况。
表现了晶振的老化。
频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。
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晶振的测试陈述之宇文皓月创作
晶振的等效电器模型
C0，是指以水晶为介质，由两个电极形成的电容。
也称为石英谐振器的并联电容，它相当于以石英片为介质、以两电极为极板的平板电容器的电容量和支架电容、引线电容的总和。
几~几十pF。
R1等效石英片发生机械形变时资料的能耗；几百欧
C1反映其资料的刚性,10^(-3)~ 10^(-4)pF
L1大体反映石英片的质量.mH~H
晶振各种参数
晶振的一些参数其实不是固定的大部分是会随温度、频率、负载电容、激励功率变更的
RR 谐振电阻越小越好影响：过大造成不容易起振、电路不稳定
阻抗 RR 越小越容易起振，反之若 ESR 值較高則較不容易起振。
所以好的 Crystal 設計應在 ESR 與Co 值間取得平衡。
C1动态电容
L1动态电感
C0静电容影响：不克不及太高，否則易发生较大的副波，影响频率稳定性
LRC影响：L RC电路的Q值等于 (L/C)^0.5 /R 因为而L较大，C与R很小，石英晶振的Q值可达几万到几百万。
Q值越大位于晶振的感性区间，电抗曲线陡峭，稳频性能极好。
FL特定负载电容以及激励功率下频偏越小越好
DLD2分歧驱动功率下：阻抗最大-阻抗最小越小越好影响：导致时振时不振，造成睡眠晶体制造污染不良
DLD2（Drive Level Dependency 2）：在分歧的功率驅動 Crystal 時，所得之最大阻抗與最小阻抗之差。
DLD2越小越好，當 Crystal 製程受污染時，則DLD2值會偏高，導致時振與時不振現象，即（”Crystal Sleeping”）。
好的 Crystal 不因驅動功率變化，而產生較高的阻抗差異，造成品質異常。
目前，許多水晶製造礙於製程管理控制及良率欠安，並不主動提供此重要指標參數給客戶。
备注：测出来很好不代表此参数很好，因为是取点法测试的。
RLD2分歧驱动功率下：阻抗最大与DLD关系紧密
在指定的变更功率范围内所量测到的最大阻抗 Drive Level Dependency (maximum resistance – RR).
FDLD2分歧驱动功率下：F最大-F最小越小越好制造污染不良影响：导致时振时不振，造成睡眠晶体
在分歧的功率驅動 Crystal 時，所得之最大頻率與最小頻率之差，稱為 FLD2。
FLD2 越小越好。
當 Crystal 製程受污染，則 FLD2 值會偏高，導致時振與時不振現像，即「Crystal Sleeping」。
好的 Crystal 不因驅動功率變化，而產生較高的頻率差異，造成品質異常。
目前，許多水晶製造礙於製程管理控制及良率欠安，並不主動提供此重要指標參數給客戶。
SPDB寄生信号强度与主信号强度比值影响：如果太大了就有可能造成直接启机频偏，而且修改负载电容不克不及改善。
或者烤机之后温度变更之后频偏，冷却或者重启又正常了。
绝对值越大越好制造污染不良
这个参数名字可以理解为 SP DB 其具体含义如下听我细细道来
SPDB（Difference in dB between Amplitude of FR and Highest Spur）：Spurious 以 dB 為單位時，SPDB 的絕對值越大越好。
-3dB 為最低的要求，以防止振盪出不想要的副波（Spur）頻率，造成系統頻率不正確。
“下图显示了石英谐振器的模态谱，包含基模，三阶泛音，5 阶泛音和一些乱真信号响应，即寄生模。
在振荡器应用上，振荡器总是选择最强的模式工作。
一些干扰模式有急剧升降的频率—温度特性。
有时候，当温度发生改变，在一定温度下，寄生模的频率与振荡频率一致，这导致了“活动性下降”。
在活动性下降时，寄生模的激励引起谐振器的额外能量的消耗，导致Q 值的减小，等效串联电阻增大及振荡器频率的改变。
当阻抗增加到相当大的时候，振荡器就会停止，即振荡器失效。
当温度改变远离活动性下降的温度时，振荡器又会重新工作。
寄生模能有适当的设计和封装方法控制。
不竭修正电极与晶片的尺寸关系（即应用能陷原则），并坚持晶片主平面平行，这样就
能把寄生模最小化”
上面这段话看了是不是有点晕，说实话我也有点晕。
但是从上面我们可以总结出如下几个结论：
1.泛音晶振石英谐振器的模态谱，包含基模，三阶泛音，5 阶泛音和一些乱真信号响应，即寄生模。
寄生模的存在。
2.在振荡器应用上，振荡器总是选择最强的模式工作。
一些干扰模式有急剧升降的频率—温度特性。
寄生模会随温度频率变更，而且影响振荡。
3.寄生模的缺陷是由于晶振的制造工艺造成。
下来就很明确了，SPDB是一个衡量主频强度与寄生模强度差值的量（主频幅度/寄生频率取对数吧）。
这个值越小越好，代表寄生模越小。
TS负载电容变更对频率的影响率影响频偏对负载电容变更敏感造成电路不稳定越小越好TS（Trim Sensitivity of Load Measurement）：負載電容變化時，對晶體頻率變化量的影響，單位為 ppm / pF。
影响：此值過大時，很容易在分歧的負載電容作用下，產生極大的頻率飄移。
温度频差制造工艺分歧格会使曲线严重偏离超出图二阴影部分影响：频率随温度变更
分歧切割角度对曲线的影响
石英晶体结构
实例问题：进入杂质或者有银屑、镀银偏了、镀银内部裂痕
微调银镀偏
灰尘、银屑、晶片缺角。