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，本身不能振荡,依靠配合其他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——无源晶体需要用DSP片内的振荡器，在datasheet上有建议的连接方法。无源晶体没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶体可以适用于多种电压，可用于多种不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体，这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，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需要做相应的调整。建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。 2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的内部振荡器，信号质量好，比较稳定，而且连接方式相对简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。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。相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。对于时序要求敏感的应用，个人认为还是有源的晶振好，因为可以选用比较精密的晶振，甚至是高档的温度补偿晶振。有些DSP内部没有起振电路，只能使用有源的晶振，如TI的6000系列等。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大，但现在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。 几点注意事项： 1、需要倍频的DSP需要配置好PLL周边配置电路，主要是隔离和滤波； 2、20MHz以下的晶体晶振基本上都是基频的器件，稳定度好，20MHz以上的大多是谐波的（如3次谐波、5次谐波等等），稳定度差，因此强烈建议使用低频的器件，毕竟倍频用的PLL电路需要的周边配置主要是电容、电阻、电感，其稳定度和价格方面远远好于晶体晶振器件； 3、时钟信号走线长度尽可能短，线宽尽可能大，与其它印制线间距尽可能大，紧靠器件布局布线，必要时可以走内层，以及用地线包围； 4、通过背板从外部引入时钟信号时有特殊的设计要求，需要详细参考相关的资料。 此外还要做一些说明： 总体来说晶振的稳定度等方面好于晶体，尤其是精密测量等领域，绝大多数用的都是高档的晶振，这样就可以把各种补偿技术集成在一起，减少了设计的复杂性。试想，如果采用晶体，然后自己设计波形整形、抗干扰、温度补偿，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合，就是采用高精度温补晶振的，工业级的要好几百元一个。 特殊领域的应用如果找不到合适的晶振，也就是说设计的复杂性超出了市场上成品晶振水平，就必须自己设计了，这种情况下就要选用晶体了，不过这些晶体肯定不是市场上的普通晶体，而是特殊的高端晶体，如红宝石晶体等等。 更高要求的领域情况更特殊，我们这里在高精度测试时采用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连接，是个大型设备，相当笨重 . . 1.有源晶振与无源晶振的区别无源晶振为crystal（晶体）无源晶振是有2个引脚的无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来； 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，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。

2.无源晶振和有源晶振的优缺点 无源晶体相对于晶振而言其缺陷是信号质量较差，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需要做相应的调整。建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷警惕。 相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。对于时序要求敏感的应用，个人认为还是有源的晶振好，因为可以选用比较精密的晶振，甚至是高档的温度补偿晶振。 二、有源晶振的管脚 无源晶振两个管脚可以任意。 有源晶振根据封装不同，管教排列不同（打点的为“1脚”，逆时钟看）

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。 方形有源晶振引脚分布： 1、正方的，使用DIP-8封装，打点的是1脚。 1-NC； 4-GND； 5-Output； 8-VCC 2、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/5V 2、边沿有一个是尖角，三个圆角，尖角的是一脚，和打点一致。 Vcc out NC（点） GND 三、有源晶振内部结构

可以看到有源晶振 = 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。 如果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，但很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波，这是由于示波器的带宽不够，好像有源晶振20MHz,如果用40MHz或60MHz的示波器测量，显示的是正弦波，这是由于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。完美的再现方波需要至少10倍的带宽，5倍的带宽只能算是勉强，所以需要至少100M的示波器。 五、有源晶振的典型电路

如上图,为有源晶振EMC标准设计电路,如果对EMC要求不高，可以去掉L1，及C1。只保留电源输入端的去耦电容，取0.1uf即可,输出端保留输出电阻，约10到27欧姆。说明：1.电源端磁珠L1与电容C2，C3构成lc滤波电路。2.关于输出端串联的电阻的作用。串电阻是为了减小反射波，避免反射波叠加引起过冲。有时，不同批次的板子特性不一样，留个电阻位置便于调整板子状态到最佳。如无必要串电阻，就用0欧电阻连接。具体作用如下：1、可以减少谐波，有源晶体输出的是方波，这将引起谐波干扰，尤其是阻抗严重不匹配的情况下，加上电阻后，该电阻将与输入电容构成RC积分平滑电路，将方波转换为近似正弦波，虽然信号的完整性受到一定影响，但由于该信号还要经过后级放大、整形后才作为时钟信号，因此，性能并不受影响，该电阻的大小需要根据输入端的阻抗、输入等效电容，有源晶体的输出阻抗等因素选择。 2、可以进行阻抗匹配，减小回波干扰及导致的信号过冲。我们知道，只要阻抗不匹配，都会产生信号反射，即回波，有源晶体的输出阻抗通常都很低，一般在几百欧以下，而信号源的输入端在芯片内部结构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构成谐振电路（使用有源晶体后就不需要这个晶体了），这个运放的输出阻抗都在兆欧以上。一般这个输出电阻可以串27欧姆左右。长按二维码识别关注

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