晶体中的贵族——有源晶振

晶体是晶体谐振器（Crystal）的简称，也称为

无源晶体 。一般是利用石英晶体的压电效应，用来产生高精度振荡频率的一种电子元件。普通压电无源石英晶体是一种无极性元件，晶体内部本身只有经过加工的单一石英晶片，英文单词叫做（Quartz crystal）需要借助设计的电路才能产生振荡信号，单晶振本身是无非发生振荡的，插件的一般常规都是二个脚，当然也会有三个脚的，中间那个脚一般用来接地，当然随着科技的发展，后来有了四个脚的普通贴片谐振器，四个脚其实只要二个脚才是真正通电工作的，剩余两个脚一个是悬空，一个是可以用来接地(可接可不接)。

晶振是晶体振荡器（Oscillator）的简称，也称为

有源晶振 。有源晶振内部集成了起振电路，无需外部添加其他元器件即可正常工作，但其需要外部电源供电。 有源晶振是用石英晶体组成的，石英晶片之所以能当为振荡器使用，是基于它的压电效应：在晶片的两个极上加一电场，会使晶体产生机械变形；在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，同时机械变形振动又会产生交变电场，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（由晶片的尺寸和形状决定）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。

有源石英晶体振荡器是最少拥有最少4个脚的的产品，四个脚的用途是：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压，电压也有分为以下几种，1.8V-2.5V-3V-3.3V-3.8V-5V等电压，振荡器内部本身除了有加工过的压电石英晶片外，还有有源振荡器IC，以及电阻两颗，电容两颗，有些会有一颗三级稳压管等原件，插件的外观体积比较大，但是随着现在的科技发展，有源晶振体积也从最初的超大体积长20mm，宽11mm，到现在的2.5mm长，宽2.0mm的小尺寸，有源晶振 的英文单词简称为（Quartz crystal oscillator）。

主要参数

⒈ 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。

⒉ 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率。

⒊ 开机特性（频率稳定预热时间）：指开机后一段时间（如 5 分钟）的频率到开机后另一段时间（如1小时）的频率的变化率，表示了晶振达到稳定的速度。

⒋ 频率老化率：在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器元件的缓慢变化造成的。因此，其频率偏移的速率叫老化率，可用规定时限后的最大变化率（如±10ppb/天，加电72小时后），或规定的时限内最大的总频率变化（如：± 1ppm/（第 一年）和±5ppm/（十年））来表示。

⒌ 短稳：短期稳定度。

⒍ 频率压控范围：将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压，晶体振荡器频率的最小峰值改变量

⒎ 率压控线性：与理想（直线）函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度，它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。

⒏ 单边带相位噪声￡（f）：偏离载波 f 处，一个相位调制边带的功率密度与载波功率之比。

有源晶振外形

有源晶振的内部结构

有源晶振的内部拆解

晶体振荡器的分类:按照其功能类型可分为四种： SPXO 简单封装晶体振荡器VCXO 电压控制晶体振荡器TCXO 温度控制晶体振荡器 温度补偿晶体振荡器OCXO 恒温晶体振荡器 温度控制晶体振荡器

常规批量生产可达到的稳定度：

SPXO VCXO TCXO OCXO

0 to 70℃ 10 ppm 10 ppm 0.1 ppm 0.005 ppm

20 to 70℃ 25 ppm 25 ppm 0.3 ppm 0.01 ppm

-40 to 85℃ 30 ppm 30 ppm 0.5 ppm 0.03 ppm

-55 to 125℃ 50 ppm 50 ppm 1.0 ppm N/A

工作温度范围内的稳定度要求 典型应用 振荡器类型

±0.2ppm 电信传输设备的时钟基准 OCXO

±0.2～±0.5ppm 电信传输设备的Stratum 3时钟基准 OCXO,带模拟集成电路的TCXO

±0.5～±1.0ppm 军用无线电设备,E-911蜂窝电话定位器 带模拟集成电路的TCXO

±1.0～±2.5ppm 移动无线电设备(例如应急通信设备) 带模拟集成电路的TCXO

±2.5～±10ppm 移动电话 带电热调节的TCXO

±10～±20ppm 传真机 TCXO,VCXO,SPXO

> ±20ppm 计算机时钟信号源 SPXO/XOD

从历史上来说，在美国，军事上的需求已成为研究石英振荡器的主要推动力。特别是在早期美国军方资助大部分的研究。按照民间说法，缩写XO 代替CO 的主要原因是，在美国军队里，CO 是“指挥官”的缩写而且由于“crystal”听起来有点像“xtal”。（随后，有人指出，XO 是在军队中是“执行官”的缩写，但这以后，XO 是“石英振荡器”的缩写就逐渐被人接受）。

引脚分布

丝印正好看 左下角有黑点是管脚1，

有个点标记的为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。

以下是方形振荡器引脚分布：1、正方的，使用DIP-8封装，打点的是1脚。 1-NC; 4-GND; 5-Output; 8-VCC2、长方的，使用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，可以3.3V/5V2、边沿有一个是尖角，三个圆角，尖角的是一角，和打点一致。Vcc outNC(点) GND有源晶振为四角方形或矩形金属盒子，看着标称一面(顶)，左下空脚，右下地，左上VCC(5V)，右上输出。接上电源可以用示波器看到波形。

PCB设计要点：

(1)、在PCB设计是，晶振的外壳必须接地，可以防止晶振的向往辐射，也可以屏蔽外来的干扰。

(2)、晶振下面要铺地，可以防止干扰其他层。因为有些人在布多层板的时候，顶层和底层不铺地，但是建议晶振所在那一块铺上地。

(3)、晶振底下不要布线，周围5mm的范围内不要布线和其他元器件(有的说是建议300mil范围内，大家可以参考)，主要是防止晶振干扰其他布线和器件。

(4)、晶振不要布在板子的边缘，因为为了安全考虑，板卡的地和金属外壳或者机械结构常常是连在一起的，这个地我们暂且叫做参考接地板，如果晶振布在板卡的边缘，晶振与参考接地板会形成电场分布，而板卡的边缘常常是有很多线缆，当线缆穿过晶振和参考接地板的电场是，线缆被干扰了。而晶振布在离边缘远的地方，晶振与参考接地板的电场分布被PCB板的GND分割了，分布到参考接地板电场大大减小了

(5)、当然时钟线尽量要短。如果你不想让时钟线走一路干扰一路，那就补短吧。

还有一点，关于晶振的选择，如果你的系统能工作在25M，就尽量不要选50M的晶振。时钟频率高，是高速电路，时钟上升沿陡也是高速电路

以NDK的料号做一个介绍

NZ2016SH晶振：

特点：

频率：1.5MHz~80MHz

可对应：-40～+125℃的宽温范围。

尺寸：2.0×1.6mm、高度0.7mm、重量0.01g，超小型、量轻。

可对应同样尺寸的晶体谐振器难以实现的低频（从1.5MHz起）。

缠带包装方式可对应自动搭载及IR回流焊接（无铅对应）。为无铅产品。符合AEC-Q200标准。

惠伦晶体：公司生产的有源晶振和差分晶振已应用于海底智算中心及海底数据中心等领域

证券之星消息，惠伦晶体(300460)04月29日在投资者关系平台上答复投资者关心的问题。

投资者提问：公司产品在智算中心，以及深海智算中心方面，起到哪些作用？

惠伦晶体回复：尊敬的投资者，您好！公司主要产品为SMD谐振器、TSX热敏晶体、TCXO振荡器和OSC振荡器，公司生产的有源晶振和差分晶振已应用于海底智算中心及海底数据中心等领域，公司将积极研究探索发展机会，主动市场挖掘需求，把握市场机遇，积极拓展主营业务。感谢您对公司的关注与支持！

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