有源晶振与无源晶振的原理结构及用法

一、有源晶振与无源晶振的比较

无源晶振：就是一个晶体，自己不能够振荡,依附配合其他IC内部振荡电路工作。

有源晶振：晶体+振荡电路，封装在一起。给他供上电源，就有波形输出。

1、无源晶体——无源晶体需求用DSP片内的振荡器，在datasheet上有建议的衔接手段。

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，相同的晶体能够实用于多种电压；

可用于多种不一样时钟信号电压要求的DSP，并且价钱通常也较低，所以关于普通的应用假如要求允许建议用晶体，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陷是信号质量较差，通常需求准确配套外围电路（用于信号配套的电容、电感、电阻等）；

更改不一样频率的晶体时周边配置电路需求做相应的调整。建议采取精度较高的石英晶体，尽量不要采取精度低的陶瓷小心。

2、有源晶振——有源晶振不需求DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳固；

并且衔接方法相比较简单（主如果做好电源滤波，通常应用一个电容和电感组成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号便可），不需求复杂的配置电路。

有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。有关于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需求选择好适合输出电平，灵巧性较差，并且价钱高。

关于时序要求敏感的应用，个人以为还是有源的晶振好，缘由是能够选用比较精准的晶振，甚至是高级的温度赔偿晶振。

有些DSP内部没有起振电路，只能应用有源的晶振，如TI的6000系列等。有源晶振对比于无源晶体通常体积较大，但目前许多有源晶振是表贴的，体积和晶体相当，有的甚至比许多晶体还要小。

几点留意事项：

1、需求倍频的DSP需求配置好PLL周边配置电路，主如果隔离和滤波；

2、20MHz以下的晶体晶振基本上都是基频的器件，稳固度好，20MHz以上的大多是谐波的（如3次谐波、5次谐波等等）；

稳固度差，所以强烈建议应用低频的器件，毕竟倍频用的PLL电路需求的周边配置主如果电容、电阻、电感，其稳固度和价钱方面远远好过晶体晶振器件；

3、时钟信号走线长度尽量短，线宽尽量大，与其它印制线间距尽量大，紧靠器件布局布线，必要时能够走内层，和用地线包抄；

4、通过背板从外部引入时钟信号时有特别的设计要求，需求详细参考有关的资料。

另外还要做一些说明：

整体来讲晶振的稳固度等方面好过晶体，特别是精准丈量等领域，绝大大部分用的都是高级的晶振，这样便能够把各类赔偿技术集成在一起，削减了设计的复杂性。

试想，假如采取晶体，然后自己设计波形整形、抗搅扰、温度赔偿，那样的话设计的复杂性将是什么样的呢？

我们这里设计射频电路等对时钟要求高的场所，就是采取高精度温补晶振的，工业级的要好几百元一个。

特别领域的应用假如找不到适合的晶振，也就是说设计的复杂性超过了市场上制品晶振水平，就必须自己设计了，这类情形下就要选用晶体了，可是这些晶体确定不是市场上的普通晶体，而是特别的高端晶体，如红宝石晶体等等。

更高要求的领域情形更特别，我们这里在高精度测试时采取的时钟甚至是原子钟、铷钟等设备提供的，通过专用的射频接插件衔接，是个大型设备，相当粗笨 ... ...

1.有源晶振与无源晶振的差别

无源晶振为crystal（晶体）无源晶振是有2个引脚的无极性元件，需求借助于时钟电路才能够产生振荡信号，本身没办法振荡起来；

有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。有源晶振有4只引脚，是一个完整的振荡器，其中除过石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，所以体积较大。

2.无源晶振和有源晶振的优缺陷

无源晶体有关于晶振而言其缺陷是信号质量较差，通常需求准确配套外围电路（用于信号配套的电容、电感、电阻等），更改不一样频率的晶体时周边配置电路需求做相应的调整。

建议采取精度较高的石英晶体，尽量不要采取精度低的陶瓷小心。

有关于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需求选择好适合输出电平，灵巧性较差，并且价钱高。

关于时序要求敏感的应用，个人以为还是有源的晶振好，缘由是能够选用比较精准的晶振，甚至是高级的温度赔偿晶振。

二、有源晶振的管脚

无源晶振两个管脚能够随便。

有源晶振依据封装不一样，管束排列不一样（打点的为“1脚”，逆时钟看）

有个点标志的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。

有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。

方形有源晶振引脚散布：

1、正方的，应用DIP-8封装，打点的是1脚。

1-NC； 4-GND； 5-Output； 8-VCC

2、长方的，应用DIP-14封装，打点的是1脚。

1-NC； 7-GND； 8-Output； 14-VCC

BTW：

1、电源有两种，一种是TTL，只能用5V，一种是HC的，能够3.3V/5V

2、边缘有一个是尖角，三个圆角，尖角的是一脚，和打点一致。

Vcc out

NC（点） GND

三、有源晶振内部构造

能够看到有源晶振 = 普通晶振 + 逻辑电路

四、有源晶振的输出波形

无源晶振输出正弦波。

有源晶振输出正弦波或方波。

假若有源晶振把整形电路做在有源晶振里面了的话，输出就是方波，但许多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波，这是因为示波器的带宽不够；

似乎有源晶振20MHz,假如用40MHz或60MHz的示波器丈量，显示的是正弦波，这是因为方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加，带宽不够的话，就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波；

所以显示正弦波。完美的再现方波需求起码10倍的带宽，5倍的带宽只能算是委曲，所以需求起码100M的示波器。

五、有源晶振的典范电路

如上图,为有源晶振EMC标准设计电路,假如对EMC要求不高，能够去掉L1，及C1。只保存电源输入端的去耦电容，取0.1uf便可,输出端保存输出电阻，约10到27欧姆。

说明：

1.电源端磁珠L1与电容C2，C3组成lc滤波电路。

2.关于输出端串连的电阻的用处。

串电阻是为了减小反射波，防止反射波叠加引发过冲。有时，不一样批次的板子特征不一样，留个电阻地位便于调整板子状态到最好。如无必要串电阻，就用0欧电阻衔接。

详细用处以下：

1、能够削减谐波，有源晶体输出的是方波，这将引发谐波搅扰，特别是阻抗严重不配套的情形下，加上电阻后，该电阻将与输入电容组成RC积分腻滑电路，将方波转换为近似正弦波；

尽管信号的完整性遭到必定影响，但因为该信号还要经事后级缩小、整形后才作为时钟信号，所以，性能其实不受影响，该电阻的大小需求依据输入端的阻抗、输入等效电容，有源晶体的输出阻抗等因素选择。

2、能够进行阻抗配套，减小回波搅扰及致使的信号过冲。我们晓得，只需阻抗不配套，都产生信号反射，即回波，有源晶体的输出阻抗通常都很低，普通在几百欧以下；

而信号源的输入端在芯片内部构造上通常是运放的输入端，由芯片的内部电路与外部的无源石英晶体组成谐振电路（应用有源晶体后就不需求这个晶体了），这个运放的输出阻抗都在兆欧以上。

普通这个输出电阻能够串27欧姆左右。

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