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关于【什么是晶振？】:晶振封装（什么是晶振？），今天小编给您分享一下，如果对您有所帮助别忘了关注本站哦。
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- 1、晶振详解「工作原理、结构、特点、应用」
- 2、晶振封装（什么是晶振？）
1、晶振详解「工作原理、结构、特点、应用」
1、晶振的简介
晶振，也称为振荡器。英文名为oscillator，通常有四个管脚和方向，它有功率、质量和时钟输出引脚，里面有晶体和振荡电路。无需输入信号源，可直接生成频率，频率在出厂时校准。特点：使用方便，频率稳定，电磁辐射小。石英晶体振荡器简称晶体振荡器。它通常是由石英晶体元件、集成电路、电阻电容和外壳组成的有源功能元件。当打开时，它可以输出稳定的频率信号。
基本结构：
晶体的基本构成如图1所示，在石英晶体上按一定方向切下薄片，在晶体片两个边缘处涂上一层银，用作是其电极，分别在两个电极上接上引线到管脚处，再加上封装外壳，就构成了石英晶体谐振器。
图1 晶振结构图
图2 晶振外形图（无源）
图2 晶振外形图（有源）
2、工作原理：
晶振的核心是石英晶体，这种晶体有一个很重要的特性，如果给它施加交变电压，它就会产生机械振荡，反之，如果给它机械振动，它又会产生交变电压，这种特性叫机电效应。在一般情况下石英晶体机械振动的振幅和产生交变电压的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，其振幅会明显变大，类似于LC电路的谐振现象，如图所示，fp>fs，只要输入信号的频率等于晶振的谐振频率，利用晶振组成的振荡电路就处于共振状态，其振荡频率由晶振决定。其石英晶体有一个很重要的特点，其振荡频率基本上只与晶片的形状、材料、切割方向等密切相关。
图3 晶振电路图和特性曲线图
它们的工作原理是机转电、电转机的原理。由电感、电容组成的谐振电路是磁场和电场的一直转换。这就是我们通常所说的电磁感应；事实上，它在电路中的应用是把它看成是一个高Q值的电磁谐振电路。因为石英晶体的损耗非常小，也就是说，Q值非常高。作为振荡器，它可以产生非常稳定的振荡。当用作滤波器时，它可以得到非常稳定和陡峭的带通曲线或带阻曲线。
通常采用晶振的电路，如图4（a）的考毕兹交流等效振荡电路；如图4（b）中是晶振交流的等效电路，电容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。
图4
根据分析，Cv改变频率是有限的：当电路中电容为Cbe、Cce、Cv三个电容串联和Co并联再和C1串联，可决定振荡的频率。可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个电路电容的作用就越小。因此，可“电压控制”的频率范围越小。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，随着Cv的增加，降低信道频率的效果变得越来越小。随着Cv的减小，增加通道频率的影响变得越来越大。这一方面是它导致电压控制特性的非线性。电压控制范围越大，非线性越严重；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。
3、晶振的应用
晶振不仅可用为MCU的时钟，也在其他领域用途广泛，例如：
科尔皮兹晶体振荡器：它用于产生频率非常高的正弦输出信号。该振荡器可以用作不同类型的传感器，例如温度传感器。在Colpitts电路中使用一些器件，可以实现更高的温度稳定性和高频率。
图 5
阿姆斯壮晶体振荡器：该电路在过去的几十年里一直被使用。它们广泛应用于再生无线电接收机中。在该输入中，来自天线的射频信号通过附加绕组磁耦合到振荡电路，并减少反馈以控制反馈回路中的增益。最后，它产生了一个窄带射频滤波器和放大器。在晶体振荡器中，LC谐振电路被反馈回路取代。
图6
皮尔斯晶体振荡器：如下图，在电路中，晶振串联于电路中，晶振的作用决定振荡的频率。在输出和输入之间由ƒs提供低阻抗路径。在共振期间有180度的相移，以使反馈为正。输出正弦波的振幅限制在漏极端子的最大电压范围内。
图7
如表1所示：无源晶振与有源晶振分别的特点与区别。
2、晶振封装（什么是晶振？）
晶振套装(什么是晶振？)
1.什么是水晶？
答:晶体是以固定频率振动的无源谐振器。它可以是基于应时或MEMS的。这些器件通常用于集成振荡器电路的半导体集成电路的外部参考。常见的封装形式有49-U、49-S、四脚贴片(实际工作中只用两只脚)等。一般英语都是水晶。该晶体是无源晶体振荡器。
2.什么是晶体振荡器？
答:晶体振荡器又称振荡器、有源晶体振荡器，是由晶体(谐振器)和振荡电路组成的有源器件，可以产生时钟信号。有源晶振需要外接电源才能工作，英文一般简称振荡器。
3.什么是单端晶体振荡器？
答:单端晶体振荡器是一种有源晶体振荡器。所谓单端晶振是指它的输出信号，一般是LVCMOS输出。单端晶体振荡器通常采用SMD四引脚封装，包括一个电源引脚、一个接地引脚、一个enable或suspend 空引脚和一个输出引脚。
4.什么是差分晶体振荡器？
答:差分晶体振荡器是一种有源晶体振荡器，差分是指其输出信号。差分晶振一般用于10G/40G/100G以太网等高性能系统，提供高频信号(100 MHz以上)。与单端晶体振荡器相比，差分晶体振荡器使用两个相位完全相反的信号来消除共模噪声，从而获得更高的系统性能。差分晶体振荡器用于高速系统，以确保在存在电源噪声和其它噪声源的情况下具有最佳的信号完整性和稳定性。
虽然在某些情况下会使用CML，但最常用的差分输出信号类型主要包括LVPECL、LVDS和HCSL。通常，基于应时的差分振荡器的稳定性在20ppm和100ppm之间。差分MEMS硅晶体振荡器可支持低至2.5 ppm的稳定性。这种器件的优点是确保以太网设计所需的频率偏移，从而产生最佳吞吐量。
5.VCXO是什么？
VCXO又称压控晶体振荡器，是一种有源器件。通过电压控制(VC ),振荡器输出可以在一个特定的范围内进行微调，这个范围称为牵引范围。VCXO通常用于电信、宽带、视频和仪器仪表的时钟同步。
基于应时的VCXO的输出频率在50至200ppm的范围内被牵引或调整。应时压控振荡器的线性范围通常在5%到10%之间。
MEMSVCXO支持的拉远范围高达3600 ppm，拉远范围的线性偏差降低到0.1%(比应时器件好50倍)，使同步环路更容易实现。
6.什么是TCXO？
TCXO，也称为温度补偿晶体振荡器，是一种有源器件。在整个工作温度范围内，这类器件的频率稳定性通常为0.1ppm至5 ppm。该器件用于需要精确时钟参考的应用，如高性能电信和网络设备，包括小型基站、同步以太网、光传输和GNSS模块。
在气流、温度急剧变化、机械冲击、振动、EMI和电源噪声的环境下，MEMSTCXO能提供明显优于应时TCXO的稳定动态特性。
7.什么是OCXO？
OCXO也被称为恒温晶体振荡器。这种器件具有很高的稳定性，通常优于50ppb，甚至经常达到5-20 ppb之间。OCXO将温度传感和补偿电路以及晶体封装在一个加热的金属盒中，创造了一个温度相对恒定的烤箱，以实现高稳定性。双炉OCXO(烤箱里还有一个烤箱)的稳定性可以达到OCXO常用的复杂结构，低档OCXO功耗350mW，而双炉OCXO功耗会达到2.5W，OCXO性能一致性差，容易出现各种故障。
8.什么是三级时钟(Stratum 3)？
BellcoreGR-1288定义了五个层次，不同性能水平的网络所要求的参考时钟(同步网络时钟)的内在精度是不同的。级数越低，时钟越精确。
层1
层云2
层3
层4
Stratum3的自由运行稳定性是超过20年的偏差在4.6 ppm以内，超过24小时的连续偏差在0.37 ppm以内。这两个要求包括所有条件下的频率误差。Stratum 3E是Stratum 3更精确的版本，自由运行稳定性相同，也就是4.6 ppm，但超过24小时的连续偏差仅为0.01 ppm，是普通Stratum 3性能的37倍。作为Stratum 3时钟的主要选项，TCXO已经取代OCXO，但目前OCXO拥有Stratum 3E级别的稳定性。
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