晶振知识培训
电子基础知识-晶振
一、晶振晶振在电路板中随处可见，只要用到处理器的地方就必定有晶振的存在，即使没有外部晶振，芯片内部也有晶振。
1、晶振概述晶振一般指晶体振荡器。
晶体振荡器是指从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。
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。
2、晶振的工作原理石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，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。
若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。
反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。
在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。
它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。
一般L的值为几十mH到几百mH。
晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。
晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。
由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。
加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。
《晶振知识培训》课件
智能穿戴
总结词
晶振在智能穿戴设备中的应用主要涉及健康监测、运动跟踪等功能。
详细描述
智能手环、智能手表等智能穿戴设备需要实时监测和记录用户的健康状况和运动数据。晶振为这些设 备提供稳定的计时基准，确保计步、心率监测等功能的准确性和实时性。同时，晶振也用于智能穿戴 设备的控制电路中，实现各种操作和功能切换。
总结词
激励电流过大可能导致晶振损坏，表现为晶体失效或 性能下降。
详细描述
激励电流过大可能是由于电源电压过高、电路元件损坏 或电路设计不合理所引起的。解决此问题的方法是检查 电源电压是否在规定范围内，检查电路元件是否完好并 正确使用，同时根据需要调整激励电流的大小。
工作温度范围不达标
总结词
工作温度范围不达标可能导致晶振性能不稳定，表现为频率偏移或输出信号幅度 减小。
《晶振知识培训》课 件
• 晶振概述 • 晶振的参数与性能指标 • 晶振的应用领域 • 晶振的选用与替换 • 晶振的常见问题与解决方案
目录
Part
01
晶振概述
晶振的定义与特性
总结词
晶振是一种利用晶体物理特性制作的电子元件，具有高精度、高稳定性的特点。
详细描述
晶振是晶体振荡器的简称，它利用某些晶体（如石英晶体）的压电效应，将电能 转换为机械振动，从而产生稳定的频率信号。由于晶体的物理特性，晶振能够产 生高精度、高稳定性的频率信号，广泛应用于各种电子设备中。
Part
02
晶振的参数与性能指标
频率与精度
频率
晶振的输出频率，通常以兆赫兹 （MHz）或千兆赫兹（GHz）为 单位。
精度
晶振的频率精度，通常以百万分 之一（ppm）为单位，表示频率 误差。
《晶振知识培训》课件
晶振的稳定性和精度取决于 晶体的制造工艺和材料选择
晶振的分类
按照频率分类： 低频晶振、高频 晶振、超高频晶 振
按照材料分类： 石英晶振、陶瓷 晶振、硅晶振
按照封装分类： 贴片晶振、插件 晶振
按照功能分类： 普通晶振、温度 补偿晶振、压控 晶振、温补晶振 、压控温补晶振
晶振的应用
电子设备：作为时钟源，提供精确的时钟信号 通信设备：作为频率基准，保证信号传输的稳定性 医疗设备：用于心电图、脑电图等医疗设备的信号采集和处理 航空航天：用于卫星导航、雷达等设备的信号处理和传输
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晶振的基本概念
晶振的主要参数
晶振的选型与使 用
晶振的发展趋势 与未来展望
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晶振的基本概念
晶振的定义
晶振是一种电子元件， 用于产生稳定的频率 信号
晶振的工作原理是利 用石英晶体的压电效 应和逆压电效应
晶振的主要参数
频率
晶振频率：晶振工作的基本频率， 单位为Hz
频率精度：晶振频率的精度，单 位为ppm（百万分之一）
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频率稳定性：晶振频率的稳定性， 单位为ppm（百万分之一）
频率温度系数：晶振频率随温度 变化的特性，单位为ppm/℃（百 万分之一/摄氏度）
精度
晶振的精度是指晶振的频率误差，通常用ppm（百万分之一）表示 晶振的精度越高，其频率误差越小，性能越稳定 晶振的精度与晶振的制造工艺、材料、设计等因素有关 晶振的精度选择应根据实际应用需求进行，过高的精度可能会增加成本和功耗
杰科星关于晶振常识讲说稿
压电石英晶体常识自1880年法国科学家居里兄弟发现压电效应后，不久相继发现了一些物质具有这一特性。
SiO 2就是其中之一。
SiO 2不仅具有压电效应，而且也具有逆压电效应，它的熔点量1750℃、密度：2.65g/cm 3，莫氏硬度7级天然的SiO 2（以下称石英）纯度很高可做电子产品的产量有限。
大多杂质太多，不能满足电子产品的需求。
人们开始用水热温差法来生长理想的石英（SiO 2）。
在大气压力下，当温度低于5730C 时形成的SiO 2叫做α石英。
高于573O C 时形成的（SiO 2）石英叫做β石英，高于870 OC 时叫做磷石英，高于1470 O C 时叫做方石英（SiO 2）。
通常具有压电和逆压电效应的α、β石英（SiO 2），广泛应用的是α石英（SiO 2）。
α石英是三角晶系（六角晶胞）结构，有六个R 面，六个r 面，六个S 面，六个m 面，共30个面。
有三个坐标轴X 、Y 、Z,三轴各向异性。
X ——电轴 Y ——机械轴 Z ——光轴压电效应——当给石英晶体X 轴向施以机械力（拉力或压力），在此方向上将产生电荷的效应。
逆压电效应——当给石英晶体施加一个电场，在X 轴向上产生一个机械的正弦振荡。
不同的切型将产生不同的振动方式，不同的振动方式产生不同的振荡频率。
切型是由IRE 标准规定定向切割的，如伸缩（长度、宽度）振动X 切，标准符号（xyt ）50，50KHZ 以下。
弯曲（宽度、厚度）NT 切 1.6～100 kHz 频率范围面切变 CT 、DT 切 400～500 kHz 和130～600 kHz 频率范围 厚度切变 AT 、BT 切 800 kHz ～350 MHz 的的频率范围不同的切型又有不同的切角，不同的切角又产生不同的环境温度下对应于不同的频率变化。
如AT 切yxl350的频率温度曲线是三次曲线。
温度频率的特性方程：30020000)()()(T T C T T b T T a f-+-+-=∆f f∆由此可见石英晶体又是一个敏感元件，通常它的温度频率稳定度大约是n ×10-5量级，稳频效应远优于RC 和LC 振荡器。
晶振基础知识
4.晶振的应用 并联电路：
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器 1)：如何选择晶体？ 对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功 耗)的系统。这是因为低供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振 。这一现象在上电复位时并不特别明显，原因时上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠 唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路中，晶体既不能过激励(容易 振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑：谐振频点，负载电容，激励 功率，温度特性，长期稳定性。 2)：晶振驱动 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RS值。
3).如何选择电容C1，C2？ （1）：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 （2）： 在许可范围内，C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率，越准确越好， C值偏大虽有利于振荡器的稳定，但将会增加起振时间。 （3）：应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。
2.晶振的基本原理
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器，是由于它具有正（机械能→电能）、反（电能→机械能）压电效应。沿 石英晶片的电轴或机械轴施加压力，则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷，呈现出电压，其 大小与所加力产生的形变成正比；若施加张力，则产生反向电压，这种现象称为正电效应。当沿石英晶 片的电轴方向加电场，则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩，发生形变，这种现象称为反压电效应。 因此，在晶体两面三刀端加上交流电压时，晶片会随电压的变化产生机械振动，机械振动又会在晶片内 表面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体，对于某一振动方式，有一个固有的机械谐振频率。当外 加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时，晶片的机械振动幅度最大，流过晶片的电流最大，产生了 共振现象。石英晶片的共振具有多谐性，即除可以基频共振外，还可以谐频共振，通常把利用晶片的基 频共振的谐振器，利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器，一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。 晶片的振动频率与厚度成反比，工作频率越高，要求晶片越薄（尺寸越大，频率越低），，这样的晶片 其机械强度就越差，加工越困难，而且容易振碎，因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地，在 工作频率小于20MHZ时采用基频晶体，在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。
晶振知识大全
晶振知识大全(总17页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除晶振的定义: 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。
晶振基础知识
晶振基础知识（第一版）摘要：本文简单介绍了晶体谐振器和晶体振荡器的结构，工作原理，振荡器电路的分类，晶体振荡器的分类，晶振类器件的主要参数指标和石英晶体基本生产工艺流程。
一、振荡电路的定义，构成和工作原理二、晶体振荡器分类：..............三、石英晶体谐振器主要参数指标四、石英晶体振荡器主要参数指标五、石英晶体基本生产工艺流程.….2 192122 29、振荡电路的定义，构成和工作原理1.振荡器：不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路，通常也被成为。
2.振荡器构成：谐振器（选频或滤波）+驱动（谐振）电路构成振荡器电路。
3.谐振器的种类有：RC谐振器，LC并联谐振器，陶瓷谐振器，石英（晶体）谐振器，原子谐振器，MEMS （硅）振荡器。
本文只讨论石英晶体谐振器。
石英谐振器的结构石英谐振器，它由石英晶片、电极、支架和外壳等部分组成。
它的性能与晶片的切割方式、尺寸、电极的设置装架形式，以及加工工艺等有关。
其中，晶片的切割问题是设计时首先要考虑的关键问题。
由于石英晶体不是在任何方向都具有单一的振动模式（即单频性）和零温度系数，某些方向切下来的晶片才能满足设计要求。
因此只有沿Reson atorp late substrate(theMetallicelectrodes Top view of cover2yW口 座普通晶振内部结构石英晶体振荡器主要由基座、晶片、 IC 及外围电路、陶瓷基板（DIP OSC ）、上盖组成。
普通晶体振荡器原理图两点裟架封装 三点和四点装架封装* .：* >■ g5妄&支架Unf基座IC晶片onding 线4. 振荡电路的振荡条件： （1） 振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅值。
根据振幅平衡条件，可以确定振荡幅度 的大小并研究振幅的稳定。
（2） 相位平衡条件是反馈电压与输入电压同相，即正反馈。
根据相位平衡条件可以确定振荡器 的工作频率和频率的稳定。
晶振基础知识
晶振基础知识（第一版）摘要：本文简单介绍了晶体谐振器和晶体振荡器的结构，工作原理，振荡器电路的分类，晶体振荡器的分类，晶振类器件的主要参数指标和石英晶体基本生产工艺流程。
一、振荡电路的定义，构成和工作原理 (2)二. 晶体振荡器分类： ................................................................16三、石英晶体谐振器主要参数指标......................................................19四、石英晶体振荡器主要参数指标......................................................20五．石英晶体基本生产工艺流程 (26)振荡电路的定义，构成和工作原理1.振荡器：不需外加输入信号，便能自行产生输出信号的电路，通常也被成为。
2.振荡器构成：谐振器（选频或滤波）+ 驱动（谐振）电路构成振荡器电路。
3.谐振器的种类有：RC 谐振器，LC 并联谐振器，陶瓷谐振器，石英（晶体）谐振器，原子谐振器，MEMS （硅）振荡器。
本文只讨论石英晶体谐振器。
石英谐振器的结构石英谐振器，它由石英晶片、电极、支架和外壳等部分组成。
它的性能与晶片的切割方式、尺寸、电极的设置装架形式，以及加工工艺等有关。
其中，晶片的切割问题是设计时首先要考虑的关键问题。
由于石英晶体不是在任何方向都具有单一的振动模式（即单频性）和零温度系数，因此只有沿某些方向切下来的晶片才能满足设计要求。
MetallicResonatorTop view of cover普通晶振内部结构石英晶体振荡器主要由基座、晶片、IC 及外围电路、陶瓷基板（DIP OSC）、上盖组成。
ICBonding 线普通晶体振荡器原理图4.振荡电路的振荡条件：（1）振幅平衡条件是反馈电压幅值等于输入电压幅值。
根据振幅平衡条件，可以确定振荡幅度的大小并研究振幅的稳定。
公共基础知识晶振基础知识概述
《晶振基础知识的综合性概述》一、引言在现代电子技术领域中，晶振（晶体振荡器）作为一种关键的电子元件，发挥着至关重要的作用。
它广泛应用于通信、计算机、消费电子、工业控制等众多领域，为各种电子设备提供稳定的时钟信号。
从我们日常使用的智能手机到复杂的卫星通信系统，晶振都在默默地发挥着它的功能。
本文将对晶振的基础知识进行全面的阐述与分析，包括基本概念、核心理论、发展历程、重要实践以及未来趋势。
二、晶振的基本概念1. 定义与作用晶振，即晶体振荡器，是一种利用石英晶体的压电效应制成的频率元件。
它能够产生高度稳定的频率信号，为电子设备提供精确的时钟基准。
在电子系统中，时钟信号就如同心脏的跳动一样，控制着各个部分的同步运行。
没有稳定的时钟信号，电子设备将无法正常工作。
2. 结构组成晶振主要由石英晶体、振荡电路和封装外壳组成。
石英晶体是晶振的核心部件，它具有特定的晶体结构和物理特性，能够在特定的频率下产生谐振。
振荡电路则负责将石英晶体的谐振信号放大并稳定输出，形成稳定的时钟信号。
封装外壳则起到保护内部元件和便于安装的作用。
3. 工作原理晶振的工作原理基于石英晶体的压电效应。
当在石英晶体上施加电场时，晶体内部会产生机械变形；反之，当晶体受到机械力作用时，会在晶体内部产生电场。
利用这种特性，将石英晶体接入振荡电路中，当电路中的反馈信号与晶体的谐振频率相匹配时，就会产生稳定的振荡信号。
三、晶振的核心理论1. 石英晶体的物理特性石英晶体具有很高的品质因数（Q 值），这意味着它在谐振时的能量损耗非常小，能够产生非常稳定的频率信号。
此外，石英晶体的频率温度特性也非常好，在一定的温度范围内，其频率变化非常小。
这些物理特性使得石英晶体成为制作晶振的理想材料。
2. 振荡电路的设计原理振荡电路的设计是晶振的关键技术之一。
常见的振荡电路有皮尔斯振荡器、考毕兹振荡器等。
这些振荡电路的设计原理是通过正反馈机制，将石英晶体的谐振信号放大并稳定输出。
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外接电容与晶体负载匹配理论、估算值
20PF晶体------外接C1=C2=27PF-33PF 18PF晶体------外接C1=C2=27PF 15PF晶体------外接C1=C2=18PF-22PF 12PF晶体------外接C1=C2=15PF-18PF 10PF晶体------外接C1=C2=10PF-12PF 8PF晶体 ------外接C1=C2=8PF-10PF
以PPM作为计量。 5、激励功率—晶体的工作稳定工作所需要的驱动功率值。 6、静电容C0—晶体未工作时所呈现的电容值。 7、老化率--- 在一定的工作时间内，晶体的频率稳定度变化量，一般以年老化率
计量。
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1.5.2振荡器电气参数
1、标称频率—振荡器的理想工作频率。 2、频率偏差—振荡器的实际工作频率与理想工作频率之间的频率偏差，以PPM作
一 产品基础知识
1.1 什么是“晶振”？
晶振 一种俗称，它主要包括晶体（谐振器）和振荡器两大类，是一种 用于产生频率的电子元器件。
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技术部；胡华才 15013896519
晶振
石英晶体谐振器：它不需外部提供电源，但是需要搭配一定 电子元器件才能产生频率。因此，另一种称呼为无源晶振。
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振荡器---振荡器是由晶体及其外围电路，包括IC及负载电容构成。相当于一个集 成电路。使用时，只需要提供额定电压，该元器件就可以产生稳定频率 不存在电路负载匹配问题，使用简单方便。
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1.4晶体和晶体振荡器的分类
晶振知识大普及
晶振术语解释1、晶振：即所谓石英晶体谐振器和石英晶体时钟振荡器的统称。
不过由于在消费类电子产品中，谐振器用的更多，所以一般的概念中把晶振就等同于谐振器理解了。
后者就是通常所指钟振。
2、分类。
首先说一下谐振器。
谐振器一般分为插件（Dip）和贴片（SMD）。
插件中又分为HC-49U、HC-49U/S、音叉型（圆柱）。
HC-49U一般称49U，有些采购俗称“高型”，而HC-49U/S一般称49S，俗称“矮型”。
音叉型按照体积分可分为3*8，2*6，1*5，1*4等等。
贴片型是按大小和脚位来分类。
例如7*5（0705）、6*3.5（0603），5*3.2（5032）等等。
脚位有4pin和2pin之分。
而振荡器也是可以分为插件和贴片。
插件的可以按大小和脚位来分。
例如所谓全尺寸的，又称长方形或者14pin，半尺寸的又称为正方形或者8pin。
不过要注意的是，这里的14pin和8pin都是指振荡器内部核心IC的脚位数，振荡器本身是4pin。
而从不同的应用层面来分，又可分为OSC(普通钟振)，TCXO（温度补偿），VCXO（压控），OCXO（恒温）等等。
3、基本术语。
我想这也是很多采购同学比较模糊的地方。
这里我选了一些常用的谐振器术语拿来做一下解释。
Frequency Tolerance（调整频差）：在规定条件下，在基准温度（25±2℃）与标称频率允许的偏差。
一般用PPm（百万分之）表示。
Frequency Stability(温度频差)：指在规定的工作温度范围内，与标称频率允许的偏差。
用PPm 表示。
Aging（年老化率）：在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。
以年为时间单位衡量时称为年老化率。
Shunt Capacitance（静电容）：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用C0表示。
Load Capacitance（负载电容）：与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容，通常用CL表示。
晶振基础知识word版
目录目录 (1)1 石英晶体的压电效应 (2)2 有源晶振和无源晶振 (2)2.1 无源晶振（crystal,resonator） (2)2.2 有源晶振（oscillator) (2)3 晶体的等效模型 (3)4 晶体的Q值 (3)5 石英晶体相关参数 (4)5.1 标称频率 (4)5.2 工作频率 (4)5.3 温度频差 (4)5.4 频率温度特性 (4)5.5 老化率 (6)5.6 负载电容： (7)5.7 激励电平的影响： (8)5.8 基频 (8)5.9 泛音 (8)6 晶振的封装 (8)6.1 直插型图例 (9)6.2 SMD型图例 (9)7 晶体生产工艺 (10)8 选型指南 (10)1石英晶体的压电效应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。
当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相同时，振幅明显加大，发生谐振。
晶振便是利用晶体的这种效应制成的元器件。
2有源晶振和无源晶振2.1无源晶振（crystal,resonator）有2个引脚，需要借助于外部的时钟电路(接到主IC内部的震荡电路)才能产生振荡信号，自身无法振荡. 通常信号质量和精度较差，需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振时要同时更换外围的电路2.2有源晶振（oscillator)有4个引脚，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.只需要电源,就可输出比较好的波形.。
可以提供高精度的频率基准，信号质量也较无源晶振要好。
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，而且价格高普通晶振（PXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。
晶振基础知识介绍
晶振基础知识介绍晶振：即所谓石英晶体谐振器(无源)和石英晶体振荡器（有源）的统称。
无源和有源的区别：无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。
无源晶振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，所以“无源晶振”这个说法并不准确；有源晶振是一个完整的谐振振荡器。
石英晶体振荡器与石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。
石英晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应来起振，而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。
振荡器直接应用于电路中，谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。
振荡器比谐振器多了一个重要技术参数：谐振电阻（RR），谐振器没有电阻要求。
RR的大小直接影响电路的性能，因此这是各商家竞争的一个重要参数。
晶振的原理：压电效应(物理特性)：在水晶片上施以机械应力时,，会产生电荷的偏移，即为压电效应。
逆压电效应：相对在水晶片上印加电场会造成水晶片的变形即产生逆压电效应，利用这种特性产生机械振荡，变换成电气信号。
晶振的作用：一、为频率合成电路提供基准时钟，产生原始的时钟频率。
二、为电路产生震荡电流,发出时钟信号晶振的分类：一、按材质封装(1).金属封装-SEAMTYPE (2).陶瓷封装-GLASSTYPE二、贴装方式(1).直插封装-DIP (2).贴片封装-SMD三、按产品类型(1).crystal resonator—晶体谐振器（无源晶体）(2).crystal oscillator—晶体振荡器（有源晶振）---SPXO 普通有源晶体振荡器---VCXO电压控制晶体振荡器---TCXO 温度补偿晶体振荡器---VC-TCXO压控温补晶体振荡器(3).crystal filter—晶体滤波器(4).tuning fork x’tal (khz)-水晶振动子部分 KDS晶振图例：DT-14/DT-26/DT-38 DMX-26S DSX220G DSO321SR/221SR HC-49S/AT-49DSX321G/221 G SM-14J DSV531SV DSX530G/840GDSA/B321SDA晶振的名词术语：SMT ：Surface Mount Technology 表面贴装技术SMD ：Surface Mount Device 表面贴装元件OSC ：Oscillator Crystal 晶体振荡器TCXO ：Temperature Compensate X‘tal Oscillator 温度补偿晶体振荡器VC-TCXO ：Voltage Controlled, Temperature Compensated Crystal Oscillator 压控温度补偿晶体振动器 VCXO ：Voltage Control Oscillator 压控晶体振动器 DST410S/310S/210A DSX320G DSA/B321SCL HC-49SMD/SMD-49晶振的重要参数：1、标称频率F：晶体元件规范（或合同）指定的频率。
晶振培训
INSPECT ITEM
检验项目：（1）外观检验（印字标记清晰、正确；外壳无污染、 划伤） （2）电气参数检验（FL、RS、CO、Q） （3）可靠性检验（跌落振动试验、可焊性试验、高低温测 试等） （4）包装检验（包装方式、包装标签及包装的晶体） 测试条件：（1）环境温湿度要求（温度25℃±3℃，湿度＜60%） （2）标准的测试仪器：KH1120 （3）完整的作业标准和检验标准（控制卡、检验规程、 仪器操作规程等） （4）熟练的操作工、质检员
基本原理是通过压电效应而产生振动。（即在晶体表面施加上等变 电压时，SiO2中的正离子朝负电压方向移动，负离子朝电压正方向 移动，移动的过程就会产生相应的振动）。如下图所示： Si O2 ○ ○ + O2 Si施加电压后变形为+ + Si O2 +
○
○
-
而石英谐振器的振动模式可分为四种： 1、长度伸缩振动；2、厚度伸缩振动；3、弯曲伸缩振动； 4、面切变伸缩振动 HOORAY产品采用的是“厚度伸缩振动模式” 。
﹋
晶振的主要参数 主要参数有标称频率，负载电容 负载电容、频率精度、频率稳定度等。 主要参数 负载电容 不同的晶振标称频率不同，标称频率大都标明在晶振外壳上。如常用普 通晶振标称频率有：48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz～40.50 MHz 等，对于特殊要求的晶振频率可达到1000 MHz以上，也有的没有标称频 率，如CRB、ZTB、Ja等系列。负载电容是指晶振的两条引线连接 块 负载电容是指晶振的两条引线连接IC块 负载电容是指晶振的两条引线连接 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 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 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 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。 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， 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。频率精度和频率稳定度：由于普通晶振的 性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有一定的频率 精度和频率稳定度。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。稳定 度从±1到±100ppm不等。这要根据具体的设备需要而选择合适的晶振， 如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。 因此，晶振的参数决定了晶振的品质和性能。在实际应用中要根据具体 要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格不同，要求越高价格也 越贵，一般选择只要满足要求即可。
晶振知识讲座
-30o
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AT
FC
IT
LC
SC
SBTC
BT
Singly Rotated Cut
Doubly Rotated Cut
石英温度系数切割角度
Y
Z
AT-cut
BT-cut
49o
35¼o
-1’
0’
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4’
5’
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8’
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1’
2’
SC and AT-cuts的比较
2、石英晶体谐振器 需要外加IC才能振荡
石英晶体谐振器应用范围
石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的电子器件，已被广泛应用于无绳电话载波通讯、广播电视、卫星通讯、原子钟、数字仪表、计算机程控交换机、VCD、DVD、彩电机顶盒、铁路信号及通讯中的频率信号源设备中，还可以作为温度、压力、重量的敏感元件使用，现被广泛地应用于军用载波、通讯设备与民用产品中。
1、石英晶体
石英是什么
石英是一种压电材料，在自然界中是一种透明的结晶物 ，它有非常稳定的压电效应，其化学与机械上的特性在早期的电子实验中就引起了极大的关注。 石英的主要成份为二氧化硅，虽然地壳表面有14%是由二氧化硅所组成，但相对可使用的部份却较稀少，主要是因为满足不了需要的纯度要求以它本身存在缺陷与瑕疵。
Shielding
Monochromator crystal
检测器
被测晶片
Double-crystal x-ray diffraction（衍射 ）system
测角器
X-ray 柱
晶振系列讲座之二--晶振的种类和封装
晶振系列讲座之二：晶振的封装及种类内含石英谐振晶体的电子元件可分两大类：石英晶体（crystal 或Xtal）是石英晶片加上电极与外壳封装。
也称或石英振荡子或石英晶体谐振器(crystal resonator）。
这是单纯石英晶体被动元件，不含主动元件，需搭配外加电路才会产生振荡。
这是被动（无源）元件，在大陆又称它无源晶振（含义：被动式石英晶体振荡器）。
石英晶体通常是两支接脚的电子元件。
普通晶振除去外壳后的内部结构低频晶振设计的音叉晶振的内部结构•石英晶体振荡器（crystal oscillator，简写OSC 或XO）是指内含石英晶体与振荡电路的模组，需要电源，可直接产生振荡讯号输出。
因内含主动（有源）电子元件，整个模组也属主动元件，在大陆又称它有源晶振。
石英振荡器通常是四支接脚的电子元件，其中两支为电源，一支为振荡讯号输出，另一支为空脚或控制用。
图中可清晰地看到有源晶振的内部结构随着通信和数字技术的发展实际产品设计中对频率稳定性以及对温度适应性的要求不同，为了提高晶振的参数水平，开发出不同类型的有源晶振。
石英晶体振荡器模组较常见有以下种类：XO : 一般型(Crystal oscillator)TCXO : 温度补偿型(Temperature compensated crystal oscillator)OCXO : 恒温型(Oven-controlled crystal oscillator)VCXO : 电压控制型(Voltage-controlled crystal oscillator)目前晶振的几种封装形式图示：一．无源晶振：封装名称49S ，FMXI 49S SMD 2X6,3X8, FMD6 MC146 ,FMD7外形尺寸mm 11.1X4.68X3.51 13.0X4.85X4.2 2X6,3X8 7.0X1.5X1.4 封装名称2520 ，FMX2 3225，FMX3 5032, FMX5 5032,FMG5外形尺寸mm 2.5X2.0X0.55 3.2X2.5X0.6 5.0X3.2X0.9 5.0X3.2X1.5 列举常用尺寸，其他就不一一列举。
晶振基础知识
1、晶体元件参数 1.1等效电路作为一个电气元件，晶体是由一选定的晶片，连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成。
晶体谐振器的等效电路图见图1。
等效电路由动态参数L 1、C 1、R 1和并电容C 0组成。
这些参数之间都是有联系的，一个参数变化时可能会引起其他参数变化。
而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。
下面的两个等式是工程上常用的近似式：角频率ω=1/11C L 品质因数Q=ωL 1/R 1其中 L1为等效动电感，单位mHC1为等效电容，也叫动态电容，单位fF R1为等效电阻，一般叫谐振电阻，单位Ω图2、图3、图4给出了各种频率范围和各种切型实现参数L 1、C 1、R 1的范围。
图2常用切型晶体的电感范围 图3 常用切型的电容范围对谐振电阻来说，供应商对同一型号的任何一批中可以有3：1的差别，批和批之间的差别可能会更大。
对于一给定的频率，采用的晶体盒越小，则R 1和L 1的平均值可能越高。
1.2 晶体元件的频率，晶体元件的频率通常与晶体盒尺寸和振动模式有关。
一般晶体尺寸越小可获得的最低频率越高。
晶体盒的尺寸确定了所容纳的振子的最大尺寸，在选择产品时应充分考虑可实现的可能性，超出这个可能范围，成本会急剧增加或成为不可能,当频率接近晶体盒下限时,应与供应商沟通。
下表是不同晶体盒可实现的频率范围。
图4 充有一个大气压力气体（90%氮、10%氦）的气密晶体元件的频率、切型和电阻范围晶体盒型号振动模式频段（MHz）HC-49UAT基频 1.8432-30 BT基频20-40 AT三次泛音20-85 AT五次泛音50-180HC-49SAT基频 3.579-30 AT三次泛音20-65 AT五次泛音50-150SMD7×5AT 基频6-40 AT 三次泛音33-100 AT 五次泛音50-180SMD6×3.5AT 基频8-40 AT 三次泛音35-100 AT 五次泛音50-180SMD5×3.2AT 基频12-45 AT 三次泛音35-100 AT 五次泛音60-1801.3 频差规定工作温度范围及频率允许偏差。
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内要求给定频差的应用，还应该规定整个工作温度范围的频差，
规定这种频差时，应该考虑设备引起温升的容限。
•
规定整个工作范围内频差的基本方法有两种：
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⑴规定整个温度范围内的总频差，如：-20-70℃范围总频差为 ±50ppm，这种方法一般用于具有较宽频碴而不采用频率微调的 场合。
C1=KC1×Ae×F0＋C常数 KC1——电容常数；
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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/(2πF0）2C1 • 串联谐振频率（Fr）
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晶体测量设备
• 目前晶体测试仪组成方式多为网络分析仪（或 厂家自制网络分析卡）加专用软件。
• 测试功能强,几乎所有的晶体参数全能测出。
• 目前世界晶体行业公认的设备厂商有美国S&A 公司、香港科研公司，他们的设备准确度高、 稳定性好、应用面广。
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美国S&A公司测试设备
• 250A • 350A • 350B • 250B
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香港科研公司测试设备
• KH1200 • KH1102 • KH3020 • KH3288
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石英晶体应用过程中应注意的问题
• 防止对晶体破坏
石英晶体的心脏部件为石英晶片，它随晶体频率的增加而变
晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为：
C0=KC0×Ae×F0＋C常数
KC0——电容常数，其取值与装架形 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：
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）
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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：
DL≈C1/2（C0＋CL） • 相对频率牵引范围 （ DL1,L2）
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 ⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值；
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⑵SPUR 在最大寄生处的电阻； ⑶SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。
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2020年4月7日星期二
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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，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常
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加工难度大的指标
• 调整频差小于 +/-5 PPM。 • 温度范围宽频差窄的。 • 有Q值要求的。 • 49S晶体矮壳的。 • 有C0、C1、TS的。
薄，因此对于中、高频晶体在使用、运输过程中应避免发生剧烈 冲击和碰撞。以防因晶片破裂而造成产品失效。
石英晶体是靠导电胶连接基座和晶片的。导电胶的主要成分
是银粉和环氧树脂。环氧树脂在高温下会失效。因此建议石英晶 体应避免在150℃以上长时间存放。
• 规定工作温度范围及频率允许偏差
•
工程师可能只规定室温下的频差。对于在整个工作温度范围
(mh)
晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。
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• 负载谐振频率（FL） 晶体元件与一负载电容串联或并联，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
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)│ • 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
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）
与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容
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• 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、
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
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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