晶振知识大全

《晶振知识大全》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶振知识大全（21页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、晶振的定义: 晶振的英文名称为crystal. 石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成，主要是为电路提供频率基准的元器件。晶振的分类：1. 按制作材料，分为石英晶振和陶瓷晶振。石英晶振：利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。陶瓷晶振：指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起

2、来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。陶瓷晶振就是晶体逆压电效应原理，陶瓷谐振器的工作原理就是既可以把电能转换为机械能，也可以把机械能转换为电能。目前陶瓷谐振器的类型按照外形可以分为直插式和贴片式两中。 2. 从功能上分晶振分为无源晶振和有源晶振。无源晶振即为石英晶体谐振器 ，而有源晶振即位石英晶体振荡器。 无源晶振只是个石英晶体片，使用时需匹配相应的电容、电感、电阻等外围电路才能工作，精度比晶振要低，但它不需要电源供电，有起振电路即可起振，一般有两个引脚，价格较低。有源晶振内部含有石英晶体和匹配电容等外围电路，精度高、输出信号稳定，不需要设计外围电路、使用方

3、便，但需要电源供电，有源晶振一般是四管脚封状，有电源、地线、振荡输出和一个空置端。使用有源晶振时要特别注意，电源必须是稳压的且电源引线尽量短，并尽量与系统中使用晶振信号的芯片共地。3、从封装形式上分有直插型（DIP）和贴片型（SMD）。4、按谐振频率精度，分为高精度型、中精度型和普通型晶振。5、按应用特性，分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。串联谐振型晶振：负载电容较小，属于低负载电容型晶振；只能在低负载电容的条件下，或者说只能在串联型振荡电路中使用；由于晶振是与负载电容串联形成谐振，所以可通过微调负载电容，把振荡频率精确地调到标准值。并联谐振型晶振：负载电容很大，属于高负载电容型晶振；只能在

4、高负载电容的条件下，或者说只能在并联型振荡电路中使用；并联型振荡电路的振荡频率不可调，这就要求并联谐振型晶振的精度更高、性能更稳定、谐振频率更精准。6、电子钟表中的晶振，按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。石英的化学成分为SiO2，晶体属六方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。受压或受热能产生 压电效应。压电效应石英晶体在压力作用下产生形变，同时产生电极化。其极化强度与压力成正比。这种现象就称“正压电效应”。反之，在电场作用下，晶体产生形变，其形变大小与电场强度成正比，这种现象称“逆压电效应”。利用压电效

5、应，当极板外加交变电压时，产生机械形变;机械形变反过来产生交变电场。机械形变振幅较小，晶体振动的频率比较稳定。当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相等时，机械振动的振幅急剧增加。石英晶片的切型： 在制造工艺中，首先要对石英晶体原材料进行切割研磨处理，其中一道很重要的工序是定角。由于石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，经过大量研究，已发现了几十种有用的切割方式。切型的习惯表示方法：AT， BT，CT，DT，ET，FC， SC，LC等。 石英晶体的振动模式：石英晶体常规技术指标： 标称频率 晶体元件规范所指定的频率。 调整频差 基准温度时，工作

6、频率相对于标称频率的最大允许偏离。常用ppm（1/106）表示。 温度频差 在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。常用ppm（1/106）表示。 谐振电阻（Rr） 晶体元件在串联谐振频率Fr时的电阻值。 负载电容（CL）CL（C1C2 /（C1+C2）+C杂散 与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容。 这里C杂散指晶体元件周边电路的分布电容。资料介绍PCB电路板的分布电容多为5-6pF 。 静态电容（C0） 等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为： C0=KC0AeF0C常数 KC0电容常数，其取值与装架形

7、 式、晶片形状有关; Ae电极面积，单位mm2； F0标称频率，单位KHz； C常数常数，单位PF; 动态电容（C1） 等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。它的常用公式为： C1=KC1AeF0C常数 KC1电容常数； Ae电极面积，单位mm2; F0标称频率，单位KHz; C常数常数，单位PF;动态电感（L1） 等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相关量，它的常用公式为： L1=1/(2F0）2C1 (mh) 串联谐振频率（Fr） 晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。 负载谐振频率（FL） 晶体元件与一负载电容

8、串联或并联，其组合阻抗为电阻性的两个频率中的一个频率。 品质因数（Q） 品质因数又称机械Q值，它是反映谐振器性能好坏的重要参数，它与L1和C1有如下关系 Q=wL1/Rr=1/wRrC1 如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率不稳定。反之Q值越高，频率越稳定。 相对负载频率偏置（DL） 晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似计算： DLC1/2（C0CL） 相对频率牵引范围 （ DL1,L2） 晶体在两个固定负载间的频率变化量。 D(L1,L2)=(FL1-FL2)/Fr=C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)

9、 牵引灵敏度（TS） 晶体频率在一固定负载下的变化率 。 TS-C1 *1000/ 2*（C0+CL）2 激励电平相关性（DLD） 由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。后者的转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度 达到临界时，摩擦损耗将增加。因而引起频率和电阻的变化。 加工过程中造成DLD不良的主要原因 谐振子表面存在微粒污染。主要产生原因为生产环境不洁净或非法接触晶片表面； 谐振子的机械损伤。主要产生原因为研磨

10、过程中产生的划痕。 电极中存在微粒或银球。主要产生原因为真空室不洁净和镀膜速率不合适。 装架是电极接触不良； 支架、电极和石英片之间存在机械应力。 寄生响应 所有晶体元件除了主响应（需要的频率）之外，还有其它的 频率响应。减弱寄生响应的办法是改变晶片的几何尺寸、电极，以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。 寄生响应的测量 SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值； SPUR 在最大寄生处的电阻； SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。 石英晶体谐振器的组成和特性：由石英片，电极，基座，上盖、导电胶组成，其关键部分是石英片。石英片是弹性体，它有固有频

11、率。石英片也是压电体，谐振时，振动幅度最大，阻抗最小；失谐时，阻抗迅速加大。石英晶体谐振器的基本参数：FL:指定负载CL时的谐振频率；Fr:谐振频率;Xe=0时的频率；CL:特定负载谐振频率时的负载电容(pf)；C0:静电容（pF）;C1:动态电容（fF）；L1:动态电感。(mH)；RR:动态电阻。Ohm；Q:品质因数。Q=2fL1/R1；TS:指定负载CL时测试的频率因负载电容变化而引起的牵引能力(ppm/pf)；PWR:激励功率(uW)；石英晶体谐振器的应用：石英谐振器一般作为电感元件在振荡电路中起稳频作用，而电路的其它元件均可等效为一个负载电容与石英谐振器串联或并联。负载电容的大小将对石

12、英谐振器的等效参数及频率稳定度带来影响。石英晶体谐振器激励电平选择：一般取1100uW为佳。激励电平的大小直接影响石英谐振器的性能，所以电路设计者一定要严格控制石英谐振器在规定的激励电平下工作，以便充分发挥石英谐振器的特点。激励电平过大， 会导致晶体本身永久损坏，引起等效电阻变大和Q值下降， 电阻温度特性和频率问题特性变得不稳定， 引发寄生振动。 激励电平过小，会导致不易起振，影响工作的温定和可靠性。晶体谐振器使用注意事项：1. 抗冲击 SJK公司的晶体产品设计可抵抗物理冲击，但在某些环境下晶体产品也会受到损坏，比如从桌子上掉落或者在安装过程受到冲击。如果产品受到冲击，确保重新检查产品特性。2

13、. 焊接耐热 使用时应注意到PCB组装过程中的焊接或再流焊的温度应在 26010；焊接时间应不大于10 s.尽可能使温度变率曲线保持平滑。3. 超声波清洗 使用AT切割晶体和表面声波(SAW)谐振器/滤波器的产品，可以通过超声波进行清洗。但是，在某些条件下， 晶体特性可能会受到影响，而且内部线路可能受到损坏。确保已事先检查系统的适用性。使用音叉晶体可能无法确保能够通过超声波方法进行清洗，因为晶体可能受到破坏。对于可清洗产品，应避免使用可能对产品产生负面影响的清洗剂或溶剂等。4. 机械振动的影响当晶体产品上存在任何给定冲击或受到周期性机械振动时，比如：压电扬声器、压电蜂鸣器、以及喇叭等，输出频率

14、和幅度会受到影响。(1)理想情况下，机械蜂鸣器应安装在一个独立于晶体器件的PCB板上。 (2)如果您安装在同一个PCB板上，最好使用余量或切割PCB。5. 储藏 (1)在更高或更低温度或高湿度环境下长时间保存晶体产品时，会影响频率稳定性或焊接性。请在正常温度和湿度环境下保存这些晶体产品，并在开封后尽可能进行安装，以免长期储藏。正常温度和湿度：温度：+15至 + 35，湿度25% RH至85% RH。 (2)请仔细处理内外盒与卷带。外部压力会导致卷带受到损坏6. 辐射 暴露于辐射环境会导致产品性能受到损害，因此应远离辐射。7. 化学制剂 /PH值环境 请勿在PH值范围可能导致腐蚀或溶解产品或封装

15、材料的环境下使用或储藏这些产品。8. 粘合剂 请勿使用可能导致产品所用的封装材料、终端、组件、玻璃材料以及气相沉积材料等受到腐蚀的胶粘剂。( 比如， 氯基胶粘剂可能腐蚀一个晶体单元的金属“盖”，从而破坏密封质量、降低性能。)9.卤化合物 请勿在卤素气体环境下使用产品。即使少量的卤素气体，比如在空气中的氯气，对封装所用金属部件，都可能产生腐蚀。同时，请勿使用任何会释放出卤素气体的树脂。石英振荡电路主要由IC、石英谐振器（简称：晶体）XTAL、电阻、PCB等组成，在实际应用中的线路原理图如下：石英晶体振荡器的分类： 普通晶体振荡（SPXO），可产生10(-5)10(-4)量级的频率精度，标准频率1

16、100MHZ，频率稳定度是100ppm。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，价格低廉，通常用作微处理器的时钟器件。不施以温度控制及温度补偿的石英振荡器。频率温度特性依靠石英振荡晶体本身的稳定性。 电压控制式晶体振荡器（VCXO），其精度是10(-6)10(-5)量级，频率范围130MHz。低容差振荡器的频率稳定度是50ppm。通常用于锁相环路。控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英振荡器。 温度补偿式晶体振荡（TCXO），采用温度敏感器件进行温度频率补偿，频率精度达到10(-7)10(-6)量级，频率范围160MHz，频率稳定度为0.12.5ppm，如果您需要使您的设备即开即用且要求

17、高稳定度，您就必须选用它，如果要求稳定度在0.5ppm以上，则需选择数字温度补偿晶体振荡器（MCXO或DTCXO）,它通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化之石英振荡器。恒温控制式晶体振荡（OCXO），它是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。在OCXO中，有的只将石英晶体振子置于恒温槽中，有的是将石英晶体振子和有关重要元器件置于恒温槽中，还有的将石英晶体振子置于内部的恒温槽中，而将振荡电路置于外部的恒温槽中进行温度补偿，实行双重恒温槽控制法。利用比例控制的

18、恒温槽能把晶体的温度稳定度提高到5000倍以上，使振荡器频率稳定度至少保持在1109。OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。以恒温槽保持石英振荡器或石英振荡晶体在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量之石英振荡器。石英晶体振荡器的主要参数1、频率偏差晶体振荡器实际频率在一定工作条件下与标准频率的偏差。2、频率温度偏差晶体振荡器是一定工作温度下频率的变化特性。3 、频率总偏差在规定工作条件范围内频率允许偏差满足要求，频率总偏差包括频度偏差，频率温度偏差，电压频率变化，负载变化，老化等。对于频率稳定度要求20ppm或以上的应用，可使

19、用普通无补偿的晶体振荡器。对于成于1至10ppm的稳定度，应该考虑TCXO。对于低于1ppm的稳定度，应该考虑OCXO。4、电源和负载晶体振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载变动的影响。一般考虑为+/-5%或+/-10%。5、输出波形晶体振荡器有CMOS、TTL、CMOS/TTL兼容、PECL和正弦波输出。6 、起动时间晶体振器从起动到稳定输出的时间，用ms表示。7 、上升时间 /下降时间波形前沿/后沿在两规定电平之间变化的时间间隔，两个电平可以是VOL和VOI两个逻辑电平或是其最大幅度的10%和90%（VHT-VLO）VOL低电平输出电压；VOH高电平输出电压；VHI 脉

20、冲波形的高电平电压；VLO脉冲波形的低电平电压。8 、三态输出 tri-state output允许或不允许使用输入控制信号的输出状态。不允许方式下，门的输出阻抗置为高阻，允许测试信号加到紧接的下一个状态。9 、对称性（占空比）输出电压达到规定电平之上用的时间t1与输出电压达到该规定电平以下用的时间t2之比，用占信号整个周期的百分数表示。规定电平可以是VOL和VOH之间的算术平均值或幅度峰峰值的50%。比值表示为： DUTY=t1/(t1+t2)10 、电压调谐与频率变化 VCXO的频率偏移值同加在其调谐电路上的控制电压的大小有关。VCXO标称频率对应的调谐电压规定为VCC（电源电压）的一半。

21、VCC为5V的VCXO，控制电压为2.5V时就产生中心频率。控制电压为（0.54.5）V的VCXO，其频率变化曲线的斜率为正。也就是说，当控制电压从2.5V上升为4.5V时，振荡器的频率将增大；当控制电压从2.5V降为0.5V时，振荡器的频率将减小。振荡器的频率随控制电压变化的特性，往往用调谐灵敏度这一物理量来描述。调谐灵敏度用单位ppm/V表示。如果VCXO的牵引度为100ppm，控制电压范围为（0.54.5）V，则其调谐灵敏度等于50ppm/V。11 、电磁干扰 对于要求特殊EMI兼容的应用，EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PCB母板布局技术，重要的是选择可提供辐射量最小的时

22、钟振荡器。一般来说，具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好的EMI特性。 PECL型振荡器通常具有最好的总噪声抑制，甚至在10至100MHz的较低频率下，PECL型也比其它型的振荡器略胜一筹。12、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电路元件的缓慢变化造成的，规定的时限内最大的总频率变化（如：5ppm/每年）来表示。13、相位噪声 相位噪声：相位噪声是频率域的概念，在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信

23、号功率与信号的总功率比值。 在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有良好的相位噪声性能。采用锁相环倍频器产生输出频率的振荡器比不采用锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。14、抖动 抖动与相位噪声相关，但是它在时域下测量。抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。以微微秒(ps)表示的抖动可用有效值或峰峰值测出。 许多应用，例如通信网络、无线数据传输、ATM和SONET要求必需满足严格的抖动指标。需要密切注意在这些系统中应用的振

24、荡器的抖动和相位噪声特性。 （1）周期抖动（period jitter） 测量实时波形中每个时钟和数据的周期的宽度。这是最早最直接的一种测量抖动的方式。这一指标说明了时钟信号每个周期的变化。 （2）周期间抖动（cycle-cycle jitter） 测量任意两个相邻时钟或数据的周期宽度的变动有多大，通过对周期抖动应用一阶差分运算，可以得到周期间抖动。这个指标在分析琐相环性质的时候具有明显的意义。晶体振荡器使用注意事项： 所有晶体振荡器和实时时钟模块都以CMOS IC形式提供。请注意下列要点。1. 静电 尽管电路中提供了一个抗静电保护电路，执行级别的静电仍可能损坏该IC电路。请为容器和封装材料选

25、择导电材料。在处理的时候，请使用电焊枪和无高电压泄漏的测量电路，并进行接地操作。2. 噪音 在电源或输入端上施加执行级别的不相干噪音，可能导致会引发功能失常或击穿的闭门或杂散现象。 为了维持稳定运行，在接近晶体产品的电源输入端处（在VCC-GND之间）添加一个具有高于0.1F的电容。请不要允许任何产生高级别噪音的设备存在于晶体振荡电路周围。3. 电源线路 电源的线路阻抗应尽可能低。4. 输出负载 建议将输出负载安装在尽可能靠近振荡器的地方（在20mm范围之间）。5. 未用输入终端的处理 未用针脚可能会引起噪声响应，从而导致非正常工作。同时，当P通道和N通道都处于打开时，电源功率消耗也会增加；因

26、此，请将未用输入终端连接到VCC或GND。6. 热影响 重复的温度巨大变化可能会降低受损害的晶体单元的产品特性，并导致塑料封装里的线路击穿。必须避免这种情况。7. 安装方向 振荡器的不正确安装会导致故障以及崩溃，因此安装时，请检查安装方向是否正确。8. 通电 不建议从中间电位和/或极快速通电，否则会导致无法产生振荡和/或非正常工作。电容匹配原理： 晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。是晶振要正常振荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑IC芯片输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整即可得到精确频率。

27、此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器。晶振引脚的内部通常是一个反相器，或者是奇数个反相器串联。 在晶振输出引脚XO和晶振输入引脚XI之间用一个电阻连接，对于CMOS芯片通常是数 M 到数十M欧之间。很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻，引脚外部就不用接了。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处于线性状态，反相器就如同一个有很大增益的放大器，以便于起振。 石英晶体也连接在反相器引脚的输入和输出之间，等效为一个并联谐振回路，振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。 晶体旁边的两个电容接地，实际上就是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分

28、压点。以接地点即分压点为参考点，振荡引脚的输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看，形成一个正反馈以保证电路持续振荡。虽然外接电容值是固定的，但IC、三极管和PCB的分布电容会因加工工艺而做成差异。常见的反相器振荡电路设计，其等效负载可用: CL=C1 C2 / (C1 + C2) + CS+ CIC CS:PCBA的分布电容 （手机板12PF,其它电路板23PF)CIC:IC的输入/输出电容在许可的范围内，C1,C2值越低越好，C值偏大虽有利于振荡器稳定，但会增加起振时间，但C值过小，振荡器的稳定性将变差。应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶体起振。一般情况下，增大负载

29、电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高负载电容是指晶振的两条引线连接 IC 块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。晶振旁的电阻（并联与串联）一份电路在其输出端串接了一个 22K 的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个 10M 的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，

30、将输入进行反向 180 度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外 180 度的相移，整个环路的相移 360 度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于 1，晶体才正常工作。晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在 M 欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供 180 度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲 drive level 调整用。用来调整 drive level 和

31、发振余裕度。Xin 和 Xout 的内部一般是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震荡的.因此,在反相器的两端并联一个电阻,由电阻完成将输出的信号反向 180 度反馈到输入端形成负反馈,构成负反馈放大电路.晶体并在电阻上,电阻与晶体的等效阻抗是并联关系,自己想一下是电阻大还是电阻小对晶体的阻抗影响小大?电阻的作用是将电路内部的反向器加一个反馈回路，形成放大器，当晶体并在其中会使反馈回路的交流等效按照晶体频率谐振，由于晶体的 Q 值非常高，因此电阻在很大的范围变化都不会影响输出频率。过去，曾经试验此电路的稳定性时，试过从 100K20M 都可以正常启振，但会影响脉宽比的。晶体的 Q 值非常高,

32、 Q 值是什么意思呢？晶体的串联等效阻抗是 Ze = Re + jXe, Re谐振器最大规格电阻的10倍；设计泛音振荡器， | R | 谐振器最大规格电阻的5倍。改善负阻的有效方法：1. 减小C1*C2；2. 选择gm大的IC；3. 增加振荡电流，缺点增加了功耗；4. 先用较小电阻的晶振。驱动频率：石英谐振器是压电器件，AT切谐振器在工作中会因应电讯号而产生微细的机械变形。 机械变形的幅度随驱动功率增加 。若驱动功率不受制时，当机械变形大于石英材料弹性能承受时，振子便会破裂损毁。在设计振荡电路时应控制驱动功率，特别是涉及异步通讯的应用中，尽可能将驱动功率控制在10-100uW之间。激励电平的选

33、择和控制：石英谐振器的激励电平用电流表示时，一般取70100uA 为佳；用激励功率表示时，一般取1100uW为佳。激励电平的大小直接影响石英谐振器的性能，所以电路设计者一定要严格控制石英谐振器在规定的激励电平下工作，以便充分发挥石英谐振器的特点，一般来讲，激励电平偏小对于长温有利，激励电平稍大对于短温有利。激励电平太大，石英片振动强，振动区域温度升高，石英片内产生温度梯度，会使频率稳定度降低；激励电平过大，由于机械形变超过弹性限度而引起永久性的晶格位移，使频率产生永久性的变化，甚至有时会把石英片振坏；激励电平过大，会使等效电阻增加，Q值下降，电阻温度特性和频率温度特性变得不规则；激励电平过大，

34、容易激起寄生振动，同时还会使老化变大。激励电平太低也会使信噪比变小而影响短期稳定度，激励电平太低，谐振器不易起振，影响工作的温定和可靠性。所以谐振器使用者应根据不同的要求严格控制激励电平；更不能为了增大输出而随意提高激励电平。失效分析：失效主要指电路停振无CLK 产生；或频率严重偏离造成CLK 不能正常为周边电路所用；或在有效使用温度范围内会发生CLK无输出或偏离使用要求。或石英晶体元器件失效而造成整机的失效。失效大致可分为三类：1、整机电路设计原因造成失效： 电路设计失效主要指电路设计中因考虑欠周导致-R过低引起停振，频率偏离目标等，造成与晶体负载电容失配问题。2、PCB组装制造工艺原因造成

35、失效： 由于现代产品结构越来越小，元器件也越来越小，对组装过程的焊接工艺要求也越来越高，特别无铅化制程的导入，都给组装工艺带来困难，稍有不慎都会造成接触不良或局部短路、开路现象，以至产品失效。3、采购参数错误造成的失效： 由于晶体元器件是一个频率控制元件，具有一定的专用性和特殊性，任何订货指标参数的错误都会造成使用者的困惑。一、晶振不起振问题归纳 1、 物料参数选型错误导致晶振不起振 例如：某MCU需要匹配6PF的32.768KHz，结果选用12.5PF的，导致不起振。 解决办法：更换符合要求的规格型号。必要时请与MCU原厂或者我们确认。 2、 内部水晶片破裂或损坏导致不起振 运输过程中损坏、

36、或者使用过程中跌落、撞击等因素造成晶振内部水晶片损坏，从而导致晶振不起振。 解决办法：更换好的晶振。平时需要注意的是：运输过程中要用泡沫包厚一些，避免中途损坏；制程过程中避免跌落、重压、撞击等，一旦有以上情况发生禁止再使用。 3、 振荡电路不匹配导致晶振不起振 影响振荡电路的三个指标：频率误差、负性阻抗、激励电平。 频率误差太大，导致实际频率偏移标称频率从而引起晶振不起振。 解决办法：选择合适的PPM值的产品。 负性阻抗过大太小都会导致晶振不起振。 解决办法：负性阻抗过大，可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调大来降低负性阻抗；负性阻抗太小，则可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调小来增大负性阻抗。一

37、般而言，负性阻抗值应满足不少于晶振标称最大阻抗3-5倍。 激励电平过大或者过小也将会导致晶振不起振 解决办法：通过调整电路中的Rd的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。一般而言，激励电平越小越好，处理功耗低之外，还跟振荡电路的稳定性和晶振的使用寿命有关。 4、 晶振内部水晶片上附有杂质或者尘埃等也会导致晶振不起振 晶振的制程之一是水晶片镀电极，即在水晶片上镀上一次层金或者银电极，这要求在万级无尘车间作业完成。如果空气中的尘埃颗粒附在电极上，或者有金渣银渣残留在电极上，则也会导致晶振不起振。 解决办法：更换新的晶振。在选择晶振供应商的时候需要对厂商的设备、车间环境、工艺及制程能力予以考量，这

38、关系到产品的品质问题。 5、 晶振出现漏气导致不起振 晶振在制程过程中要求将内部抽真空后充满氮气，如果出现压封不良，导致晶振气密性不好出现漏气；或者晶振在焊接组装过程中因为剪脚等过程中产品的机械应力导致晶振出现气密性不良；均会导致晶振出现不起振的现象。 解决办法：更换好的晶振。在制程和焊接组装过程中一定要规范作业，避免误操作导致产品损坏。 6、 焊接时温度过高或时间过长，导致晶振内部电性能指标出现异常而引起晶振不起振 以32.768KHz直插型为例，要求使用178C熔点的焊锡，晶振内部的温度超过150C，会引起晶振特性的恶化或者不起振。焊接引脚时，280C下5秒以内或者260C以下10秒以内。

39、不要在引脚的根部直接焊接，这样也会导致晶振特性的恶化或者不起振。 解决办法：焊接制程过程中一定要规范操作，对焊接时间和温度的设定要符合晶振的组装要求。如有疑问可与我们联系确认。 7、 储存环境不当导致晶振电性能恶化而引起不起振 在高温或者低温或者高湿度等条件下长时间使用或者保存，会引起晶振的电性能恶化，可能导致不起振。 解决办法：尽可能在常温常湿的条件下使用、保存，避免晶振或者电路板受潮。 8、 MCU质量问题、软件问题等导致晶振不起振 解决办法：目前市场上面MCU散新货、翻新货、拆机货、贴牌货等鱼龙混杂，如果没有一定的行业经验或者选择正规的供货商，则极易买到非正品。这样电路容易出现问题，导致

40、振荡电路不能工作。另外即便是正品MCU，如果烧录程序出现问题，也可能导致晶振不能起振。 9、 EMC问题导致晶振不起振 解决办法：一般而言，金属封装的制品在抗电磁干扰上优于陶瓷封装制品，如果电路上EMC较大，则尽量选用金属封装制品。另外晶振下面不要走信号线，避免带来干扰。 二、晶振其他不良问题归纳： 1、频率偏移超出正常值。 解决办法：当电路中心频率正偏时，说明CL偏小，可以增加晶振外接电容Cd和Cg的值。当电路中心频率负偏时，说明CL偏大，可以减少晶振外接电容Cd和Cg的值。 2、晶振在工作中出现发烫，逐渐出现停振现象。 排除工作环境温度对其的影响，最可能出现的情况是激励电平过大。 解决办法

41、：将激励电平DL降低，可增加Rd来调节DL。 3、晶振在工作逐渐出现停振现象，用手碰触或者用电烙铁加热晶振引脚又开始工作。 解决办法：出现这种情况是因为振荡电路中的负性阻抗值太小，需要调整晶振外接电容Cd和Cg的值来达到满足振荡电路的回路增益。 4、晶振虚焊或者引脚、焊盘不吃锡。 出现这种情况一般来说引脚出现氧化现象，或者引脚镀层脱落导致。 解决办法：晶振的储存环境相当重要，常温、常湿下保存，避免受潮。另外晶振引脚镀层脱落，可能跟晶振厂商或者SMT厂商的制程工艺有关，需要进一步确认。 5、同一个产品试用两家不同晶振厂商的产品，结果不一样。 出现这种情况很好理解，不同厂商的材料、制程工艺等都不一

42、样，会导致在规格参数上有些许差异。例如同样是+/-10ppm的频偏，A的可能大部分是正偏，B的可能大部分是负偏。 解决办法：一般来说在这种情况下，如果是射频类产品最好让晶振厂商帮忙做一些电路匹配测试，这样确保电路匹配的最好。如果是非射频类产品则一般在指标相同的情况下可以兼容。 6、晶振外壳脱落。 有时晶振在过回流焊后会出现晶振外壳掉落的现象；有些是因为晶振受到外力撞击等原因导致外壳脱落。 解决办法：SMT厂在晶振过回流焊之前，请充分确认炉温曲线是否满足晶振的过炉要求，一般来说正规的晶振厂商提供的datasheet中都会提供参考值。 如果是外力因素导致的脱落则尽量避免这种情况发生。 晶振过分驱动

43、的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效。判断电路中晶振是否被过分驱动：电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升。可用一台示波器检测晶振OSC输出脚，如果检测一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反，如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻

44、RS值。多引脚贴片晶振的手工焊接与拆卸焊接方法根据晶振引脚间距，选用圆锥形或凿子形烙铁头，在焊盘上涂上松香用镊子夹持贴片晶振，居中贴放在相应的焊盘上，校准极性和方向，使引脚与焊盘一一对齐。方法用烙铁先焊牢元器件斜对角12个引脚；从第一条引脚开始顺序逐个焊盘焊接，同时加少许焊锡，将贴片晶振引脚全部焊牢。每个焊盘的加热大约2秒左右。方法：用烙铁先焊牢元器件斜对角12个引脚，在各边引脚上涂上助焊剂，给烙铁头上足量的锡或在引脚上堆上足量的焊锡；从第一条引脚开始向第二条引脚、第三条引脚缓慢匀速拖拉烙铁，使每个引脚能够分配到足够的焊锡来和焊盘黏合。完成一条边上引脚的焊接之后，采用同样的方法焊接其他边上的引

45、脚。方法：用烙铁先焊牢元器件四个角的引脚。热风枪使用大嘴喷头，风速调至23挡，温度调到300400，枪嘴与待拆元器件要保持垂直，距离1cm3cm。当温度和风速稳定后，用热风枪均匀来回地吹焊边上的引脚，待引脚上焊锡熔化后移走热风枪。注意在焊锡没有冷却前，不可触动贴片晶振。因为贴片晶振的引脚这时有部分已和焊盘相吻合。贴片晶振引脚上若不小心接触到有多余的焊锡造成短路，这时可采用三种方法处理：把烙铁头处理干净后，再去把焊盘上多余的焊锡吸到烙铁头上；使用吸锡带或吸锡笔吸取；使用吸锡枪（容易把焊盘一同吸起来）。焊接完后用棉花蘸上适量的香蕉水对元器件引脚进行清洗。说完贴片晶振的焊接不知道是否能给你们带来很多

46、帮助。若晶振焊错脚位，或者是晶振出现故障，需要拆机，为了不影响晶振的性能和电路板以后的继续使用，我们如何正确拆机才是最好的选择呢？拆卸方法先用细毛笔蘸助焊剂或用助焊笔在贴片晶振引脚上涂上适量的助焊剂。热风枪使用大嘴喷头，风速调至23挡，温度调到300400，枪嘴与待拆贴片晶振要保持垂直，距离1cm3cm。当温度和风速稳定后，用热风枪来回地均匀地吹元器件的引脚，等引脚上的焊锡都熔化后，用工具沿垂直于电路板的方向取走贴片晶振即可。如果其周围有怕热元器件或有较多的元器件，需用湿润的海绵或卫生纸把周围的元件覆盖，只露出待拆的元器件。注意拆卸元器件时，吹的时间要尽可能要短。差分晶振：（为FPGA或CPL

47、D提供稳定时钟信号的）输出差分信号的晶振，输出差分信号使用2种相位彼此完全相反的信号,从而消除了共模噪声,并产生一个更高性能的系统。贴片石英差分晶振,差分大致含义也就是有些要求输出电压小,功耗低,有些要求无穷大,相位衰减相对低等。相较于普通晶振而言,差分贴片晶振的频率相对都比较高,比如从50MHz起可以做到700MHz,电源电压能够做到2.5V-3.3V之间。普通石英晶体振荡器使用广泛在各领域都使用的上,通常想的到的智能产品中就会有石英晶振在其中,比如智能家居中使用的遥控装置、数码周边产品、航空器件、安防设备等等。而差分石英晶体不光能够达到普通晶振所达到的功能性,并且更具稳定性、作用更强大。O

48、SC差分石英晶振、差分石英晶体振荡器具有低电平,低抖动,低功耗等特性.差分晶振作为目前行业中高要求、高技术石英晶体振荡器,具有相位低、损耗低的特点.因此也被称之为“低抖动振荡器,低抖动石英晶振,低相位晶振,低损耗晶振”.差分贴片晶体振荡器使用于产品中能够从容精确地处理双极信号,能够很容易地识别小信号,对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。 差分晶振的封装都是6脚贴片封装，常见的尺寸有7050和5032，当然也有更小尺寸3225封装体积。 差分晶振具有优势：能够很容易地识别小信号。对外部电磁干扰（EMI）是高度免疫的。能够从容精确地处理双极信号。 差分晶振的应用领域：应用于千兆以太网，光纤通道，

49、SAS，PCI Express服务器，网络，存储，路由器/交换机，光传输设备等。陶振是陶瓷晶体振荡器的简称，就是指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。1陶振与石英晶体振荡器的区别陶瓷谐振器和石英谐振器的区别就在于精度和温度稳定度上，石英晶振较陶瓷晶振精度高，温度稳定性好。石英晶振的精度可以达到小数点后六位数，单位用ppm（百万份之一）来表示，比如你用的4M，11.0592M的石英晶振的误差一般是小于+/-30ppm的，也就是它的精度在一百万份之30之间。而陶瓷谐振器的精度只能满足到小数点后三位，用khz来表示，比如4MHz

50、 的陶瓷谐振器它的精度一般做+/-750kHz.从技术参数上来说，石英谐振器可以代替陶瓷谐振器，但是陶瓷谐振器不一定能代替石英谐振器，陶瓷谐振器多在电视遥控器上，玩具产品等对精度要求不高的产品中，而在仪器仪表，通信通讯等消费类电子产品中要求精度要的地方就需要石英谐振器。同样的频率点它们的价格和封装（插件和贴片）有很大关系，同是DIP或同是SMD的封装时，陶瓷谐振器比石英谐振器低的多。2陶振的工作原理陶振振子是振荡器中的重要元件，晶体的频率（基频或n次谐波频率）及其温度特性在很大程度上取决于其切割取向。陶振谐振器的基本结构、（金属壳）封装及其等效电路。只要在晶体振子板极上施加交变电压，就会使晶片

51、产生机械变形振动，此现象即所谓逆压电效应。当外加电压频率等于晶体谐振器的固有频率时，就会发生压电谐振，从而导致机械变形的振幅突然增大。3陶振的应用1、陶振可用于时钟信号发生器。2、随着电视技术的发展，近来彩电多采用500kHz或503kHz的陶瓷晶体振荡器作为行、场电路的振荡源，经1/3的分频得到15625Hz的行频，其稳定性和可靠性大为提高。面且陶振价格便宜，更换容易。3、在通信系统产品中，陶瓷晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现，同时也得到了更快的发展。许多高性能的石英晶振主要应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等。4陶振的工作环境陶瓷晶体振荡器实际应用的环境需要慎重考虑。例如，高

52、强度的振动或冲击会给振荡器带来问题。除了可能产生物理损坏，振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性振荡器失效。对于要求特殊EMI兼容的应用，EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PC母板布局技术，重要的是选择可提供辐射量最小的时钟振荡器。一般来说，具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好的EMI特性。陶瓷面封装的产品具备的优点：1、耐湿性好，不易产生微裂现象；2、热冲击实验和温度循环实验后不产生损伤，机械强度高；3、热膨胀系数小，热导率高；4、绝缘性和气密性好，芯片和电路不受周围环境影响，更重要的是其气密性能满足高密封的高要求；5、

53、避光性好，能有效的遮蔽可见光及极好的反射红外线，还能满足光学相关产品的低反射要求。电容就好比：人在行走时，身体所给两条腿的力量，使得我们的双腿能够正常行走，电容帮助晶振供压传输，使得晶振起振，晶振起振才能让芯片起振，如此一来，电路板中的各路元器件都是环环相扣，缺一不可。石英晶振中常见的基本为两脚晶振，很少有三脚晶振的存在。而在陶瓷晶振中三脚晶振则是随处可见。3脚的晶振是一种集晶振和电容为一体的复合元件。由于在集成电路振荡端子外围电路中总是以一个晶振（或其它谐振元件）和两个电容组成回路，为便于简化电路及工艺，人们便研制生产了这种复合件。其3个引脚中，中间的1个脚通常是2 个电容连接一起的公共端，

54、另外2个引脚即为晶振两端，也是两个电容各自与晶振连接的两端。在实际电路中，也可以通过示波器观察振荡波形来判断振荡器是否工作在最佳状态。示波器在观察振荡波形时，观察OSCO管脚(Oscillator output)，应选择100MHz带宽以上的示波器探头，这种探头的输入阻抗高，容抗小，对振荡波形相对影响小。(由于探头上一般存在1020pF的电容，所以观测时，适当减小在OSCO管脚的电容可以获得更接近实际的振荡波形)。工作良好的振荡波形应该是一个漂亮的正弦波，峰峰值应该大于电源电压的70%。若峰峰值小于70%，可适当减小OSCI及OSCO管脚上的外接负载电容。反之，若峰峰值接近电源电压且振荡波形发

55、生畸变，则可适当增加负载电容。用示波器检测OSCI(Oscillator input)管脚，容易导致振荡器停振，原因是：部分的探头阻抗小不可以直接测试，可以用串电容的方法来进行测试。如常用的4MHz石英晶体谐振器，通常厂家建议的外接负载电容为1030pF左右。若取中心值15pF，则C1，C2各取30pF可得到其串联等效电容值15pF。同时考虑到还另外存在的电路板分布电容，芯片管脚电容，晶体自身寄生电容等都会影响总电容值，故实际配置C1，C2时，可各取2015pF左右。并且C1，C2使用瓷片电容为佳。1.时钟周期即晶振的单位时间发出的脉冲数，12MHZ=1210的6次方，即每秒发出1200000

56、0个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期，即1/12微秒。2.一个机器周期等于12个时钟周期，所以是1微秒。压控晶体振荡器全称：电压控制晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator)，是一种与晶体谐振器串联插入变容二极管，根据外部加入的电压使二极管的容量发生变化，来达到输出频率可根据晶体谐振器的负载电容特性变化的晶体振荡器。构成及原理VCXO主要由石英谐振器、变容二极管和振荡电路组成，其工作原理是通过控制电压来改变变容二极管的电容，从而“牵引”石英谐振器的频率，以达到频率调制的目的。VCXO大多用于锁相技术、频率负反馈调制的目的。特点石英晶体振

57、荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。压控晶体振荡器具有以下特点：(1)低抖动或低相位噪声：由于电路结构、电源噪声以及地噪声等因素的影响，VCO的输出信号并不是一个理想的方波或正弦波，其输出信号存在一定的抖动，转换成频域后可以看出信号中心频率附近也会有较大的能量分布，即是所谓的相位噪声。VCO输出信号的抖动直接影响其他电路的设计，通常希望VCXO的抖动越小越好。(2)宽调频范围：VCO的调节范围直接影响着整个系统的频率调节范围，通常随着工艺偏差、温度以及电源电压的变化，VCXO的锁定范围也会随着变化，

58、因此要求VCXO有足够宽的调节范围来保证VCXO的输出频率能够满足设计的要求。(3)稳定的增益：VCO的电压频率非线性是产生噪声的主要原因之一，同时，这种非线性也会给电路设计带来不确定性，变化的VCXO增益会影响环路参数，从而影响环路的稳定性。因此希望VCXO的增益变化越小越好。晶振输出模式(Output Type/Specification)：TTL: Transistor-Transistor Logic(晶体管-晶体管逻辑电路)传输延迟时间快、功耗高， 电流控制器件CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor (互补金属氧化物半导体CMOS逻

59、辑电路)传输延迟时间慢、功耗低， 电压控制器件LVPECL: Low Voltage Positive Emitter-Couple Logic(低压正发射极耦合逻辑)LVDS: Low-Voltage Differential Signaling(低电压差分信号)HCSL: Highspeed Current Steering Logic(电流型差分信号)TTL由于功耗过高,基本都是不选用了,我们在这里不再对TTL进行过多的分析;输出波形的区别:CMOS:LVPECL2.5V:LVPECL3.3V:LVDS:HCSL:通过上述各输出模式的波形的输出,各电路的测试电路:CMOS输出测试电路:LVPECL输出2.5V测试电路:LVPECL输出3.3V测试电路:LVDS输出2.5V测试电路:LVDS输出3.3V测试电路:HCSL输出测试电路:电磁兼容性（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。EMC包括两个方面的要求：一方面是指