無源晶振與有源晶振的區(qū)別和特點(diǎn)

無源晶振是石英晶體諧振器的簡稱，有源晶振是石英晶體振蕩器的簡稱。行業(yè)習(xí)慣稱無源晶振和有源晶振。

石英無源晶振

石英晶體俗稱水晶，化學(xué)分子式是SIO2，是重要的壓電材料，其主要特征是其原子或分子有規(guī)律排列，反映在宏觀上是外形的對稱性。在電場的作用下，晶體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力而形變，從而產(chǎn)生機(jī)械振動，獲得特定的頻率，利用它的這種逆壓電效應(yīng)特性來制造無源晶振。石英由于具備天然的高品質(zhì)因子“Q”，這使得晶體能在整個(gè)工作溫度和電壓范圍內(nèi)都保持很高的精確度和頻率穩(wěn)定性。

優(yōu)點(diǎn)：輸出信號電平會根據(jù)起振電路發(fā)生改變，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號電壓要求的片子，而且價(jià)格通常廉價(jià)。無源晶振的精度1PPM(百萬分之一)至100PPM。

缺點(diǎn)：無源晶振是有2個(gè)引腳的無極性電子元器件元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來。晶體諧振器相對于晶體振蕩器而言其缺陷是信號質(zhì)量較差，通常需要精確匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等)，更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。

晶體諧振器有一些等效參數(shù)，不同的使用環(huán)境可能會有不同的要求，選用時(shí)還要考慮環(huán)境溫度、負(fù)載電容、頻率精度等要求，這就要求外圍振蕩電路的參數(shù)要加一些控制才能輸出穩(wěn)定的頻率。

無源晶振與有源晶振

無源晶振是在電路中產(chǎn)生諧振頻率的電子元件，它是典型的無源器件，在外圍電路的驅(qū)動下，產(chǎn)生時(shí)鐘輸出。而有源晶振將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能，其構(gòu)成的電路叫振蕩電路，振蕩器是有源器件，振蕩器比諧振器多了一個(gè)控制電路。

陶瓷諧振器與石英晶體諧振器

陶瓷諧振器是一種用于在特定頻率產(chǎn)生振蕩的壓電式陶瓷設(shè)備。制造這種設(shè)備所用的材料在生產(chǎn)過程期間會激發(fā)諧振特性。由于這種諧振特性是處于生產(chǎn)誤差范圍內(nèi) 的，并且它的品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石英的品質(zhì)因數(shù)，因此陶瓷諧振器所能提供的頻率穩(wěn)定性不如晶體諧振器。通常陶瓷諧振器用于對成本較低且對性能要求不高的場合。

優(yōu)點(diǎn)：同晶體相比，陶瓷諧振器的成本只有晶體的一半并且尺寸較小。

缺點(diǎn)：同晶體相比，欠缺頻率和溫度穩(wěn)定性。其精度較差，大概在1%至0.1%之間。

綜述：陶瓷諧振器的典型初始精度在0.5%至0.1%范圍內(nèi)，老化或溫度變化所致的漂移可能改變這一精度范圍。廉價(jià)陶瓷諧振器的公差只有±1.1%，較高端 的汽車精度則分別為±0.25%和±0.3%。未來的應(yīng)用在于汽車CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線應(yīng)用，工作溫度為-40°C至+125°C。頻率為200 KHZ至約1 GHZ的低成本陶瓷諧振器適用于對時(shí)序要求不嚴(yán)格的嵌入系統(tǒng)。陶瓷器件起動較快，一般體積小于石英器件。它們也更能承受沖擊與振動。

石英有源晶振

石英有源晶振和諧振器有著大多相似的地方，唯一的不同是比諧振器多了一個(gè)控制電路。

優(yōu)點(diǎn)：晶體振蕩器信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對簡單(主要是做好電源濾波，通常使用一個(gè)電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過濾信號即可)，不需要復(fù)雜的配置電路。對于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用，晶體振蕩器的性能相對較好。

缺點(diǎn)：相對于晶體諧振器，晶體振蕩器的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價(jià)格高。另外石英振蕩器要花較長的起動時(shí)間。

體積：晶體振蕩器相比于無源晶體通常體積較大，隨著工藝的改善，現(xiàn)在有的晶體振蕩器是表貼的，體積和晶體諧振器相當(dāng)。

硅振蕩器

硅振蕩器，這種完全集成的振蕩元件是最簡單的時(shí)鐘源。這些器件可產(chǎn)生規(guī)定頻率的方波，可直接送入單片機(jī)的時(shí)鐘輸入。硅振蕩器并不依賴于機(jī)械共振特性來獲得振 蕩頻率，而是基于一個(gè)內(nèi)部的RC時(shí)間常數(shù)。這樣的設(shè)計(jì)使硅器件對于外部機(jī)械作用不敏感。與傳統(tǒng)振蕩器不同的是，沒有裸露在外的高阻抗節(jié)點(diǎn)，這樣使硅振蕩器 可以承受更大的濕度和EMI影響。硅振蕩器不需要嚴(yán)格匹配的定時(shí)元件和線路板走線。