Aker（安碁科技）晶振产品应用和选型-编程知识

一、石英晶体振荡器简介

在电子电路系统中，特定的动作需要严格按照一定的顺序进行，以确保数据被正确处理和操作，时钟信号就成了系统工作的重要引导者。而且在多模块复杂电路系统中，为了确保不同功能模块能协调一致地工作，也需要引入同步时钟，避免模块间数据冲突和误操作。我们日常生活中所使用的各种电子设备，都需要一个时钟信号来进行计时和同步。

图1：晶体谐振器（Crystal）原理

石英晶体振荡器是最常用的高精度电路时钟信号源，它的原理是利用水晶片的压电效应和逆压电效应，能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精准的单频震荡。石英晶体振荡器通常可以分为两大类，无源晶体和有源晶体。

（1）无源晶振称之为Crystal（晶体谐振器），无源晶振一般有两个引脚，无极性，成本低。无源晶振自身无法产生振动，而且信号质量相对较差，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，周边配置电路参数也需要做相应的调整。常见的HC-49S、HC-49U、HC-49SMD都是属于无源晶振系列，是石英晶振使用较多的几个产品，其成本较低、精度、稳定度等符合民用电子设备要求。

（2）有源晶振叫做Oscillator（晶体振荡器） ，它比晶体多了一个控制电路，具备信号稳定，连接简单, 不需要复杂的配置电路等优点。有源晶振是一个完整的振荡器电路，内部除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此振荡器的体积较大。有源晶振的封装有4个引脚，分别为VCC (电压)、GND (地)、OUT (时钟信号输出)、NC (空脚)。有源晶振不需要芯片内部的振荡器，也不需要复杂的配置电路，而且输出时钟信号稳定，信号质量好。

图2：晶体谐振器和晶体振荡器

二、石英晶体振荡器分类

晶振频率大小受到晶体的尺寸、晶体结构、晶体纯度等因素的影响。通常尺寸越小、结构越完美、纯度越高的晶体，其固有振荡频率就越高。但是晶体振荡频率还会受到外界温度、电压等因素的影响。温度升高会导致晶体振动频率增加，而电压的变化也会引起晶体振动频率的变化。因此为了提升晶体的振荡精度，以及适应各种环境变化，在普通晶体振荡器（SPXO）基础上诞生而来温度补偿晶振（TCXO）和恒温晶振（OCXO）等高性能产品。

（1）普通晶体振荡器（SPXO）：一种完全由晶体自由振荡完成工作的晶体振荡器，频率温度特性基本上由所用的石英晶体确定，工作频率范围1KHz~250MHz，频率稳定度10-100ppm，最高可以到5ppm，主要应用于电视机、微波炉、音响、智能手环、蓝牙耳机等稳定度要求不高的场合。

（2）温补晶振（TCXO）：带电抗法、数字法温度补偿系统，以减小温度引起的频率变化的石英晶体振荡器，环境适应性较强，性价比高。如果补偿技术采用数字化技术，通常称之为DTCXO，如果采用MCU做补偿则为MCXO，MCXO的频率稳定度在几类TCXO中最好，但是电路复杂导致成本较高。TCXO的频率范围通常在1-40MHz，频率稳定度0.5~5ppm，主要用于无线通讯、航海、航空、导航、仪器仪表、认证系统、便携式终端、传感器等。

（3）恒温晶体振荡器（OCXO）：采用恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，将恒温槽温度配置在晶体的零温度系数点上，因此频率温度特性在所有类型的晶振中最好。其频率范围1-250MHz，频率稳定度根据系列不同，在0.00001-0.1ppm之间。它通常被应用在对精度有极高要求的特殊领域，如引擎控制、立体声音响时钟、传感器、遥测、遥感、遥控、原子钟、测量设备等。

其他晶体振荡器：

（1）差分晶振（DXO）：输出差分信号使用2种相位彼此相反的信号，从而可以消除共模噪声，产生更高性能的时钟信号。差分晶体振荡器是目前行业中公认高技术，是一种小振幅差分信号技术，许多高性能的协议使用差分信号，如千兆以太网、光纤通道、SAS、PCI Express服务器、路由器、交换机、光传输设备等。

（2）压控晶体振荡器（VCXO）：一种用控制电压使频率按照一定规律偏移或调制的石英晶体振荡器，频率范围1-250MHz，频率稳定度根据有否带温度补偿不同，主要用于锁相环路或频率微调，通常用于基站、无线电话、无线通信、传真机、卫星通信、网络通信、接收器等。

（3）压控温补晶振（VCTCXO）：压控温补晶振是内置高精度SMD温度补偿的石英晶体振荡器，可以看作温度补偿晶体振荡器和电压控制晶体振荡器结合，因为一些电子产品它是需要带电压的晶振和该产品内的其它电子器件相互刺激性的传输能稳定的电压，才能够使压控温这个功能作用起来。控温补晶振产品本身带温度补偿作用的晶体振荡器，最适合于GPS 、卫星通讯系统、智能手机、无线通信、平台基站等多用途的高稳定的频率温度特性晶振。