石英晶体谐振器和石英晶体振荡器
石英晶体谐振器单片晶体滤波器石英晶体振荡器声表面波谐振器及声表面波滤波器等系列产品
石英晶体谐振器单片晶体滤波器石英晶体振荡器声表面波谐振器及声表面波滤波器等系列产品石英晶体当对晶体的表面施加一外力时，它会产生电压；相反地，当对晶体表面施加一电压时，机械形变振动就会产生。
这些振动的频率取决于晶体的设计和振荡器电路，也称为石英晶体谐振器。
它们因其高Q值，高稳定性和体积小的高度结合而被广泛地应用于频率控制领域。
它们由石英晶体合适的安装，封装和空白电极组成。
频率范围由几百赫兹到几兆赫兹不等。
晶体振荡器这种晶体振荡器拥有较强的频率稳定性。
它最适用于钟表和数字设备。
时钟振荡器被广泛地应用于无线电设备，电子器械和住房设施等产品。
S.P X.O(简易包装晶体振荡器)频率和温度之间的特性是应用中晶体振荡器的温度特性（AT 切振荡器的三维曲线图被用于大多数案例中）和振荡电路的温度特性(这个特性是可以被看成接近直线)的总量，因而表现为一个三维曲线图。
为了提高频率和温度之间的整体特性，温补电容常用于平衡电路中温度特性的偏差，如图1所示。
如上所述，简易封装型晶体振荡器覆盖的温度范围从±5×10–6到±1000×10–6 。
这些振荡器主要用于微型通讯工具，广播设施和测量仪器等的基准振荡器。
T.C.X.O (温补晶体振荡器)晶体振荡器的温度特性主要取决于晶体谐振器，一般显示三维曲线（AT 切）为了确保满足温度的特性，有必要保持晶体周围的温度与工作温度一致或用一个恒温箱。
温补振荡器设计的满足的温度范围包含了一个非常广的范围，并与温补电路联合使用。
以上所说的条件要被考虑在内。
温补振荡器有两种。
一种是与电阻或电容联合使用，用电热调节器作为热敏设备。
另一种就是由温补电路连接到LSI电路上来做为热敏设备。
至于大规模的温补电路，所有的震荡电路都集中到一块芯片上。
尽管是取决于补偿电路和特定温度范围的结合，但是温度特性在三维到五维曲线图上得以显示(见图二)。
这些晶体振荡器在很短的时间内消耗更少的电。
石英晶体振荡器简介
石英晶体振荡器简介撰文：张严顺石英晶体振荡器是以石英晶体谐振器为母体加以应用的制品，简称晶振。
石英晶体谐振器满足普通电子产品要求完全可以胜任，但随着构造系统及机器的高精度化要求，自己设计振荡回路再与石英晶体谐振器配合，采用调整的方法来满足使用要求已不合适宜，不仅不适合量产化，同时成本也比较高，因此石英晶体振荡器单体化的出现就解决了很多问题，其特点是：1、不必调整石英晶体谐振器的频率特性而可直接引用；2、可得到石英晶体谐振器理论上的频率温度特性以上的稳定度；3、在振荡回路上附加其它机能使其多元化。
石英晶体振荡器的种类最基本的四种石英晶体振荡器如下：1、基本石英晶体振荡器（SPXO）不施以温度控制及温度补偿，频率温度特性依靠石英晶体谐振器本身的稳定性。
2、温度补偿石英晶体振荡器（TCXO）附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化的石英晶体振荡器。
3、电压控制石英晶体振荡器（VCXO）控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英晶体振荡器。
4、恒温槽式石英晶体振荡器（OCXO）以恒温槽保持石英晶体振荡器或石英晶体谐振器在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量的石英晶体振荡器。
当然随着技术的发展和要求越来越高，其它功能的多元化石英晶体振荡器也应运而生并得到快速发展。
石英晶体振荡器的频率稳定度石英晶体振荡器的频率稳定度分以下几个方面来考量：1、频率温度稳定度（温度特性）；2、频率长期的稳定度（频率老化特性）；3、频率短期的稳定度（时间领域、频率领域及相位杂讯特性）。
通常第1项比第2、3项重要，需要靠温度补偿或恒温槽来稳定频率，而第2项主要是根据石英晶体谐振器的设计及制造工艺来保证，第3项则决定于振荡回路的设计。
石英晶体频率元器件
石英晶体频率元器件石英晶体频率元器件是一种广泛应用于电子设备中的元器件，它具有稳定、精度高、可靠性强等特点，在通信、计算机、无线电等领域中发挥着重要作用。
石英晶体频率元器件是一种基于石英晶体的谐振器，通过利用石英晶体的特殊物理性质来实现频率的稳定和精确。
石英晶体具有压电效应和逆压电效应，当施加外力或电场时，石英晶体会产生相应的机械应变或电荷分布变化。
这种机械应变或电荷分布变化将导致石英晶体的压电振荡，从而产生稳定的频率。
石英晶体频率元器件通常由石英晶体谐振器、振荡器电路和频率分频电路等组成。
石英晶体谐振器是石英晶体频率元器件的核心部件，它由石英晶体片、电极和封装等组成。
石英晶体片是石英晶体谐振器的振荡源，通过对石英晶体片施加电场或机械应力来产生振荡信号。
电极用于对石英晶体片施加电场或接收振荡信号。
封装用于保护石英晶体谐振器，防止外界干扰。
振荡器电路是石英晶体频率元器件的控制部分，它通过对石英晶体谐振器施加适当的反馈，使其产生稳定的振荡信号。
振荡器电路通常由放大器、反馈电路和调谐电路等组成。
放大器用于放大石英晶体谐振器的振荡信号，增加其能量。
反馈电路用于将一部分振荡信号反馈给石英晶体谐振器，使其保持振荡。
调谐电路用于调节石英晶体谐振器的频率，使其达到所需的数值。
频率分频电路是石英晶体频率元器件的辅助部分，它用于将石英晶体谐振器的高频振荡信号分频得到所需的频率。
频率分频电路通常由计数器、分频器和锁相环等组成。
计数器用于计数石英晶体谐振器的高频振荡信号。
分频器用于将计数器的输出信号分频得到所需的频率。
锁相环用于将石英晶体谐振器的频率与参考信号的频率同步，从而实现频率的稳定和精确。
石英晶体频率元器件具有很多优点。
首先，它具有高稳定性和高精度，能够在广泛的温度范围内保持稳定的频率输出。
其次，石英晶体频率元器件的频率可调范围广，可满足不同应用的需求。
此外，石英晶体频率元器件还具有体积小、功耗低、抗干扰性强等特点，适用于各种严苛的工作环境。
石英晶振
石英晶振即所谓石英晶体谐振器（无源晶振）和石英晶体振荡器（有源晶振）的统称。
一般把晶振等同于谐振器理解，振荡器就是通常所指钟振。
无源晶振为crystal（晶体），有源晶振叫做oscillator（振荡器）。
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，所以“无源晶振”这个说法并不准确；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。
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 （Digital Signal Processing数字信号处理器），而且价格通常也较低。
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。
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。
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。
石英晶振是一种用于稳定频率和选择频率的电子元件，已被广泛地使用在无线电话、载波通讯、广播电视、卫星通讯、仪器仪表等各种电子设备中。
晶振封装一般分为插件（Dip）和贴片（SMD）。
插件又分为HC-49U、HC-33U、HC-49S、音叉型（圆柱状晶振）。
HC-49U一般称49U，有些采购俗称“高型”，而HC-49S一般称49S，俗称“矮型”，音叉型（圆柱状晶振）按照体积分可以分为φ3*10、φ3*9、φ3*8、φ2*6、φ1*5、、φ1*4等。
石英晶体谐振器和振荡器的区别
其实很多人都知道分为有源晶振和无源晶振，Realgiant了解到部分人仍然分不清楚他们到底有何区别，甚至有的客户这样问过，为什么两种晶振体积都是一样的，一个只要几毛钱，而另一个却要几块钱，为什么会相差那么大?Realgiant在此教大家如何区分石英晶体谐振器和石英晶体振荡器。
石英晶体谐振器(quartz crystal unit或quartz crystal resonator,常简写成Xtal)，简称石英晶体或晶振，它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。
需搭配外加电路才会产生振荡。
是被动(无源)元件，我们又称它无源晶振。
该元件主要由石英晶片、基座、外壳、银胶、银等成分组成。
根据引线状况我们把石英晶振分为直插(有引线)与表面贴装(无引线)两种类型。
无源晶振通常是两支接引的电子元件。
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，它需要电源，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，因此，我们又称它有源晶振。
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。
相比石英晶体谐振器，石英晶体振荡器非常的复杂，这不仅体现在它的参数上，同时也体现在它的种类上。
在上一篇有关温补晶振的文章中我们已经了解到温补晶振是一种石英晶体振荡器。
在晶振行业中，通常我们将石英晶体振荡器分为以下几类：SPXO普通振荡器、TCXO温补振荡器、VCXO压控晶体振荡器、OCXO恒温振荡器以及VC-TCXO压控温补振荡器。
下面我们来逐步了解这几种石英晶体振荡器。
普通石英晶体振荡(SPXO)，也有人叫它XO、OSC振荡器，SPXO可以产生10^(-5)~10^(-4)量级的频率精度，标准频率1~100MHZ,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。
石英晶体谐振器和石英晶体振荡器
石英晶体谐振器和石英晶体振荡器石英晶体谐振器一、术语解释1、标称频率：晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。
2、工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率。
3、调整频差：在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。
4、温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25±2℃）时工作频率的允许偏差。
5、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。
6、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。
7、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。
负载电容系列是：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100PF。
只要可能就应选推荐值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。
8、负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。
在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。
9、动态电阻：串联谐振频率下的等效电阻。
用R1表示。
10、负载谐振电阻：在负载谐振频率时呈现的等效电阻。
用RL表示。
RL＝R1（1+C0/CL）211、激励电平：晶体工作时所消耗功率的表征值。
激励电平可选值有：2mW、1mW、0.5mW 、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW等12、基频：在振动模式最低阶次的振动频率。
13、泛音：晶体振动的机械谐波。
泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。
泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。
二、应用指南石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/S?SMD、UM-1、UM-5及柱状晶体等。
石英晶体振荡器原理
石英晶体振荡器原理石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：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。
1.晶振概述晶振一般指晶体振荡器。
晶体振荡器BAV99-7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；并添加到包装内部IC形成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。
其产品一般用金属壳包装，也用玻璃壳包装.陶瓷或塑料包装。
2.晶振的工作原理石英晶体振荡器是一种由石英晶体压电效应制成的谐振器件。
其基本组成大致如下：从石英晶体上按一定方向角切下薄片，在两个对应面涂上银层作为电极，在每个电极上焊接一根导线，连接到管脚上。
此外，封装外壳构成石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶体.晶体振动。
其产品一般用金属外壳包装，也有玻璃外壳.陶瓷或塑料包装。
如果在石英晶体的两个电极上增加一个电场，晶片就会发生机械变形。
相反，如果在晶片两侧施加机械压力，就会在晶片的相应方向产生电场，这种物理现象称为压电效应。
如果在晶片的两极上增加交变电压，晶片会产生机械振动，晶片的机械振动会产生交变电场。
一般来说，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常小，但当外部交变电压的频率为特定值时，振幅明显增远大于其他频率，称为压电谐振，与LC电路的谐振现象非常相似。
其谐振频率与晶片切割方法相似。
.几何形状.尺寸等相关。
晶体不振动时，可视为平板电容器，称为静电电容器C,晶片的大小和几何尺寸.与电极面积有关，一般几种皮法到几十种皮法。
当晶体振荡时，机械振动的惯性可以与电感L相等。
一般L值为几十豪亨到几百豪亨。
电容C可以等效晶片的弹性，C值很小，一般只有0.0002～0.1皮法。
压电石英谐振器和震荡器件
•常用切型：NT切和xy’切；
音叉型石英谐振器的频率方程： f 0.1654
w 1 E l 2 s22''
对比：NT切宽度弯曲振动频率方程： f 1.028
w 1 E l 2 s22''
石英谐振器和振荡器
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2013年8月7日星期三
弯曲振动石英谐振器的等效参数：
弯曲振动石英谐振器中等效电路中的动态电感L1、动态电 容C1和动态电阻R1决定于石英晶片的切型、几何尺寸、电 极形状和振动模式，而且与加工工艺有关。 并联电容C0是晶片的静电容和支架电容CH之和。 对于厚度弯曲振动石英谐振器有：
压电谐振器的性能与晶片的切型、装架形式以及制造工艺 有关，其中最关键的问题是切型的选择。 随着微电子学的发展、集成电路的广泛应用，特别是片式
元件的开发和表面安装技术的发展，石英谐振器也向微型 化和薄片化方向发展。
石英谐振器和振荡器
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2013年8月7日星期三
压电谐振器等效电路
压电振子等效电路
石英谐振器和振荡器
DT切石英谐振器的动态电容 DT切石英谐振器的静电容
石英谐振器和振荡器
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2013年8月7日星期三
频率常数fsw，最佳边比w/l与 xy’弯曲振动模式之间的关系
两个边比下的零频率温度系数与切 角关系 (1)w/t=0.35; (2)w/t=0.225
1、2、3、4代表2、4、6、8次xy’弯曲振动模式； 5 8更复杂的寄生振动模式； 水平线A、B、C、D表示x-宽度DT切片适用宽厚比； 水平线E、F、G、H表示x-长度DT切片适用宽厚比。
石英谐振器和振荡器
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石英晶体振荡器
C0
C
L
R
X
0
X>0为感性区域
X<0为容性区域
s
p
C0— 两金属片间电容 C — 振动弹性，等效于电容 L — 晶体等效质量惯性，等 效于电感 R — 振动的磨擦损耗，等效 于电阻R
串联支路的谐振频率
并联回路的谐振频率
在上式中令X
1、石英晶体简介
继续
(1)石英晶体的压电效应
石英晶体的符号
本页完
若在晶片的两极板间加一电场，会使晶体产生机械变形；反之若在极板间施加机械力，又会在相应的方向上产生电场，这种现象称为压电效应。
若在极板间所加的是交变电场，就会产生机械变形振动，同时机械变形振动又会产生交变电场。
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学习要点
01
本 节 学 习 要 点 和 要 求
02
晶振器等效电路的工作原理
03
晶体振荡电路的工作过程
04
晶体谐振器应用在电路中的串、并联正反馈
05
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06
晶体振荡器
01
03
05
02
04
石英晶体的等效电路及特性
06
返回
晶体振荡电路主页
/CONTENTS
晶体振荡器
1、石英晶体简介 (1)石英晶体的压电效应
由晶体的频率特性知，电路中 f < fs 和 f > fp的频率，晶体呈现电容性质的阻抗，此时等效于一只电容器。
显然由C1、C2 、C3和C组成的电路不是选频回路，不可能有谐振频率。所以这些频率受到衰减。
并联晶体振荡器
X>0为感性区域
X<0为容性区域
X
石英晶体谐振器和振荡器
慢跳变 快跳变 延长无线电静寂时间 延长校准间隔时间 正交性 互用性
钟和 C3 频率跳变系统
好钟 较好的钟 较好的钟 较好的钟 较好的钟 较好的钟
敌我识别（IFF）
在现代化作战中，空中充满着敌我飞机和各种从地面和机载平台上发射的先进武器，所 以可靠的敌我识别是极其重要的。例如，在 20 世纪所有战争中，由于识别错误所引起的自 相残杀行为成了重要问题。
低）。
频谱展宽系统
在频谱展宽系统中，发射信号是在比正在被发送的信息所要求带宽宽得多的带宽内加以 展宽的（例如数千赫带宽的音频电路扩展到数兆赫）。这是用被发送的信息和用多种频率伪 噪声编码信号对载波加以调制来实现的。具有相应伪噪声码的频谱展宽接收机能够调解并取 出所发送的信息，没有伪噪声码的接收机也许完全漏掉信号，或者如果这些接收机检测出信 号，则他们是以噪声形式出现的。
第一章 应用和要求
石英晶体在电子学上的应用
军用和航天应用 通讯 导航 敌我识别系统 雷达 传感器 制导系统 引信 电子战 声纳浮标
研究和工艺 原子钟 仪器 天文学和大地测量 空间跟踪 天体导航
工业应用 通讯 电视通讯 轻便式、分区式、手提式 无线电设备和电话 航空，航海 导航 仪器 计算机 数字系统 阴极射线显示器 软盘 调制解调器 标签/标志 公用事业 传感器
目录
第一章 应用和要求 ............................................................. 4 第二章 石英晶体振荡器 ................................................... 12 第三章 石英晶体谐振器 ................................................... 23 第四章 振荡器的稳定度 ................................................... 41 第五章 石英材料的特性 ................................................... 89 第六章 原子频率标准 ....................................................... 98 第七章 振荡器的比较和技术指标 ................................. 111 第八章 时间和守时 ......................................................... 117 第九章 相关器件和设备 ................................................. 128
石英晶体振荡器以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英
对七次及以上泛音，电路虽也构成电容三点式，但L1C1回路 的等效电容太大，不能满足振幅起振条件，也不能产生振荡。
高频电子线路
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二、 串联型晶体振荡器
串联型晶体振荡器
交流通路
为了减小L、C1、C2回路对频率稳定性的影响，应将该回 路调谐在晶体的串联谐振频率上。
高频电子线路
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因为石英谐振器具有极高的Q值和很高的标准性
高频电子线路
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4.4.1 石英谐振器及其特性
1. 石英谐振器的基本特性与等效电路
Lq
C0
Cq
rq
Lq1
Lq3
C0
Cq1
Cq3
rq1
rq3
Lq5 Cq5 rq5
Lqn Cqn rqn
(a) 符号
(b)基频等效电路
(c)完整等效电路
C0是晶片的静态电容，相当于平板电容，即由晶片作介质，镀
本节导学
由于石英晶体振荡器的频率稳定度较高，在实际电路应 用很广，本小节介绍了石英晶体的等效电路以及特点。通过 本小节的学习，同学应该掌握石英晶体的等效电路、串联谐 振频率、并联谐振频率以及石英晶体频率稳定度高的原因。
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4.4 石英晶体振荡器
以石英谐振器作选频网络的反馈振荡器称为石英晶体振荡器 其频率稳定度可达 106 ~108 ，而LC回路的一般不超过 105
fs < f < fp，晶体呈感性。晶体作 为高Q元件与其它元件并联构成 振动所需的并联谐振回路。
串联型晶体振荡器 f = fs，晶体工作在串联谐振状态，
在振荡器中用作高选择性短路元 件。
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。
晶体振荡器
微波谐振使光的吸收增强，即光电管 所检测的光变暗（<1%），微波频 率被琐在光电管检测变弱的光上，因 此原子跃迁频率控制微波频率，即控 制晶体振荡器频率。
铯原子频标
代理产品
NEL旗下： 0835a超低相噪OCXO：SC切割、相噪低，输出10/10.23MHz
1205a 双频锁相OCXO：10M和100M两路分开输出，100M 兼容了10MHz优异的温度特性、老化特性和短稳
1029d 超低相噪OCXO：SC切割、低相噪、输出100MHz OCXO 378-10：超低功耗<150mW，快速预热（45s）
相对频率y=Δf/f是在时间间隔τ内进 行测量；(Yk+1-Yk)2为对y的2次 有效测量之差， 因此，是很理想的。 <>表示对(Yk+1-Yk)2的无限次数 的时间平均。测量次数m(m≥100）
平均时间越长，不代表阿伦方差越好， 主要噪声是随机游动，时间越长，稳 定度会受准确度的影响
相位噪声
相位噪声：是指单位Hz的噪声密度与信 号总功率之比 在时域内其实就是指频率相位的抖动 一个纯净的正弦信号表达为：
铯原子基态中的超精细能级的磁场关 系（高能态为9个，低能态为7个）。 图中划出的磁场最大到H0值。
原子检测器加热后铯原子被电离，离 子被集中，电流经过放大后，反馈至 反馈网络。通过这个方法，微波频率 被锁定在最大离子电流频率上‘所以 原子跃迁频率控制微波频率，即控制 晶体振荡器频率
氢原子频标
氢原子的能级也跟磁场有关
晶体振荡器
右图为简化了的石英晶体振荡器 的基本组成元件，一般由晶体谐 振器、放大电路、反馈电路（调 谐电压）、频率输出组成
石英晶体谐振器又称为石英晶体
一．概念石英晶体谐振器,俗称晶振.是利用石英晶体的压电效应而制成的谐振元件.与半导体器件和阻容元件一起使用,便可构成石英晶体振荡器.石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。
石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。
晶振是晶体谐振器和晶体振荡器的简称。
石英晶振结构：是一种各向异性的结晶体，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。
石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件：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。
注意，这种效应是可逆的。
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。
根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。
它的压电效应是机-电-机-电……的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。
在电路中的应用实际上是把它当作一个高Q值的电磁谐振回路。
由于石英晶体的损耗非常小，即Q值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。
在特定的应用场合优化时钟源需要综合考虑以下一些因素：精度、成本、功耗以及环境需求。
二．压电效应:对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移,产生极化,从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷.在一定应力范围内,机械力与电荷呈线性可逆关系.这种现象称为压电效应.三．作用：提供系统振荡脉冲,稳定频率,选择频率.给单片机正常工作提供稳定的时钟信号四．外形图样与标识六．单位：赫兹“Hz”1MHz=103kHz=106Hz 七。
石英晶体谐振器和振荡器
石英晶体谐振器和振荡器用于频率控制和计时（美） John R.Vig 著胡文科译宁波大学压电器件技术实验室原序为什么编这本教材Einstein曾说“凡事均应做得尽可能简单，而不只是比较简单”。
本“教材”的主要目的是尽可能简单的介绍频率控制与计时中最常碰到的一些基本概念。
我经常被请求向精密振荡器的参观者、管理部门的领导和潜在用户作介绍，我也经常被邀请出席各种会议并参加对大学、电气与电子工程师协会和各种专业组的论文的评价工作。
在开始时，我要花很多时间去准备材料，大多数时间均花在一些图表直观材料的准备上。
随着积累的图表越来越多，材料的准备就变得越来越容易。
由于经常需要对这些图表进行“费力的复制”工作，我就开始编写和增加一些文字说明并填写在所收集图表的空白处。
随着收集的图表逐渐增多，我开始接受建设性意见，同时需要进行更多的复制工作。
显然，其他人员也发现这样的收集工作是有用的。
最后我编写了这本“教材”。
这是一个不断发展的工作。
我计划加入新材料，加入另外的发现。
欢迎为将来的修订提出意见和建议。
目录1.应用和要求2.石英晶体振荡器3.石英晶体谐振器4.振荡器的稳定性5.石英材料的特性6.原子频率标准7.振荡器的比较与指标8.时间与守时9.相关器件与应用10.频率控制论文分类，站点和索引第一章应用和要求石英晶体在电子学上的应用军用和航天应用工业应用民用通讯通讯手表和钟导航电视通讯无线电话敌我识别系统轻便式、分区式、手提式家用电话雷达无线电设备和电话无线电设备和高频设备传感器航空，航海彩电制导系统导航便携电视系统引信仪器家用计算机电子战计算机 VCR和电视摄象机声纳浮标数字系统业余无线电台研究和工艺阴极射线显示器玩具和游戏机原子钟软盘起搏器仪器调制解调器其他医用设备天文学和大地测量标签/标志自动化空间跟踪公用事业引擎控制，收音机，钟天体导航传感器 Trip计算机，GPS石英晶体器件市场工艺年产量单价全世界年交易额~$12亿石英晶体 ~200亿 ~$1($0.1—3000)原子频率标准$2百万氢钟 ~10 $200000铯射束的频率标准 ~500 $50000 $2千5百万铷电池的频率标准 ~60000 $2000 $1亿2千万导航对于精确导航来说，精确时间是最重要的。
如何区分晶体与晶振
如何区分晶体与晶振
晶体（全称石英晶体谐振器，简称晶体）与晶振（全称石英晶体振荡器，简称晶振）作为被各领域广泛使用的器件，经常有人将这两种器件误解为是同一种器件，甚至有个别商家为了广告效应直接打出晶体即为晶振误导用户的说法。
组成材料的不同
自然界存在的一种石英结晶体材料，人们称之为晶体（Crystal），为半透明或不透明状。
而我们电子技术中所说的晶体主要以人造石英为原材料，其主要成分是siO2，含有少量杂质成分如AL2O3、、CaO、MgO等，将石英结晶体按一定的方向切割成很薄的晶片，再将晶片两个对应的表面抛光和涂敷银层，并作为两个电极引出管脚，加以封装，就构成石英晶体谐振器，简称晶体。
晶振（Oscillator），是以高Q值精密石英晶体为主振荡载体，集成一定数量的集成电路、半导体管、阻容感等元件使其具有一定控制能力的电路集合，这个电路集合根据不同功能交叉组合使得晶体的频率特性达到一个较高水平或实现某种特殊功能，一般以至少4个引出管脚，加以封装。
也就是说晶振是晶体经过深加工后的精尖产品，而晶体是晶振的一个原材料。
晶振原理框图。
石英晶体振荡器及其分类与参数有哪些
石英晶体振荡器及其分类与参数（一）石英晶体振荡器的作用及电路图形符号1．石英晶体振荡器的作用石英晶体振荡器也称石英晶体谐振器，它用来稳定频率和选择频率，是一种可以取代LC谐振回路的晶体谐振元件。
石英晶体振荡器广泛地应用在电视机、影碟机、录像机、无线通讯设备、电子钟表、数字仪器仪表等电子设备中。
2．石英晶体振荡器的电路图形符号及内部等效电路石英晶体振荡器在电路中用字母“B”或“BC”（旧标准用“Z”或“X”、“G”等）表示，其内部可以等效为一个品质优良的LC串联谐振回路，如图16-1所示。
图中的L为晶片振动时的等效电感（或称动态电感），C为等效电容（或称动态电容），R为等效电阻（或称动态电阻），C0为晶体振荡器内部电容的总和。
（二）石英晶体振荡器的主要参数石英晶体振荡器的主要参数有标称频率、负载电容、激励电平、工作温度范围及温度频差等。
1．标称频率标称频率是指石英晶体振荡器的振荡频率，它与负载电容的容量值有关。
2．负载电容负载电容是指与石英晶体振荡器各引脚相关联的总有效电容（包括应用电路内部与外围各电容）之和。
负载电容常用的标准值有16PF、20PF、30PF、50PF、100PF。
3．激励电平激励电平是指石英晶体振荡器工作时所消耗的有效功率。
该值决定电路工作频率的确良稳定程度。
激励电平常用的标准值有0.1 mW、0.5 mW、1 mW、2 mW、4 mW。
4．工作温度范围工作温度范围是指石英晶体振荡器正常工作时所允许的最低温度至最高温度（环境温度）。
5．温度频差温度频差是指石英晶体振荡器在工作温度范围内的工作频率相对于基准温度下工作频率的最大偏离值，它用来反映石英晶体振荡器的频率温度特性。
（三）石英晶体振荡器的种类1．按精度分类石英晶体振荡器按精度（或频率稳定度）可分为普通石英晶体振荡器，精密石英晶体振荡器、中精密石英晶体振荡器和高精密石英晶体振荡器。
2．按封装结构及外形分类石英晶体振荡器按封装结构及外形可分为金属外壳晶体振荡器、玻璃外壳晶体振荡器、胶木壳晶体振荡器和塑料外壳晶体振荡器。
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石英晶体谐振器一、术语解释1、标称频率：晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。
2、工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率。
3、调整频差：在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。
4、温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25±2℃）时工作频率的允许偏差。
5、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。
6、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。
7、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。
负载电容系列是：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100PF。
只要可能就应选推荐值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。
8、负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。
在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。
9、动态电阻：串联谐振频率下的等效电阻。
用R1表示。
10、负载谐振电阻：在负载谐振频率时呈现的等效电阻。
用RL表示。
RL＝R1（1+C0/CL）211、激励电平：晶体工作时所消耗功率的表征值。
激励电平可选值有：2mW、1mW、0.5mW 、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW等12、基频：在振动模式最低阶次的振动频率。
13、泛音：晶体振动的机械谐波。
泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。
泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。
二、应用指南石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为HC-49U、HC-49U/S、HC-49U/S•SMD、UM-1、UM-5及柱状晶体等。
HC-49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。
HC-49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。
HC-49U/S•SMD为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。
柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时器、电子钟、计算器等。
UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。
石英晶体谐振器主要用于频率控制和频率选择电路。
本指南有助于确保不出现性能不满意、成本不合适及可用性不良等现象。
1、振动模式与频率关系：基频1～35MHz3次泛音10～75MHz5次泛音50～150MHz7次泛音100～200MHz9次泛音150～250MHz2、晶体电阻：对于同一频率，当工作在高次泛音振动时其电阻值将比工作在低次振动时大。
"信号源+电平表"功能由网络分析仪完成Ri、R0：仪器内阻：一般为50ΩR1--滤波器输入端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。
R2--滤波器输出端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。
在滤波器条件的匹配阻抗中有时有并接电容要求，应按上图连接。
3、工作温度范围与温度频差：在提出温度频差时，应考虑设备工作引起的温升容限。
当对温度频差要求很高，同时空间和功率都允许的情况下，应考虑恒温工作，恒温晶体振荡器就是为此而设计的。
4、负载电容与频率牵引：在许多应用中，都有用一负载电抗元件来牵引晶体频率的要求，这在锁相环回路及调频应用中非常必要，大多数情况下，这个负载电抗呈容性，当该电容值为CL时，则相对负载谐振频率偏移量为：DL=C1/[2（C0+CL）]。
而以CL作为可调元件由DL1调至DL2时，相对频率牵引为DL1，L2= C1（CL1－CL2）/[2（C0+CL1）（C0+CL2）]。
5、负载电容的选择：晶体工作在基频时，其负载电容的标准值为20PF、30PF、50PF、100PF。
而泛音晶体经常工作在串联谐振，在使用负载电容的地方，其负载电容值应从下列标准值中选择：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF。
6、激励电平的影响：一般来讲，AT切晶体激励电平的增大，其频率变化是正的。
激励电平过高会引起非线性效应，导致可能出现寄生振荡；严重热频漂；过应力频漂及电阻突变。
当激励电平过低时则会造成起振阻力不易克服、工作不良及指标的不稳定。
7、滤波电路中的应用：应用于滤波电路中时，除通常的规定外，更应注意其等效电路元件的数值和误差以及寄生响应的位置和幅度，由于滤波晶体设计的特殊性，所以用户选购时应特别说明。
石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动实际上石英晶体谐振器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出这个回路包括L1 C1 同时C0 作为一个石英晶体的绝缘体的电容被并入回路与弹性振动有关的阻抗R1 是在谐振频率时石英晶体谐振器的谐振阻抗(见图1)石英晶体作为谐振器在使用时要求其谐振频率在温度发生变化时保持稳定温频特性与切割角有关每个石英晶体具有结晶轴晶体切割是按其振动模式沿垂直于结晶轴的角度切割的典型的晶体切割和温频特性(见图2)AT 型石英晶体谐振器的温度特性目前大多用三次曲线表示(见图3) 一个石英晶片在所需要的频率范围已满足的情况下在某一角度被切割以达到要求的工作温度范围当然实际上即使在成功的操作中也会有一些由于切割和磨光精确性不够而造成的角度散布由此操作的精确度需要提高在图4 中可以看到频率公差和生产难度等级的关系负载电容CL 是组成振荡电路时的必备条件在通常的振荡电路中石英晶体谐振器作为感抗而振荡电路作为一个容抗被使用也就是说当晶体两端均接入谐振回路中振荡电路的负阻抗-R 和电容CL 即被测出这时这一电容称为负载电容负载电容和谐振频率之间的关系不是线性的负载电容小时频率偏差量大当负载电容提高时频率偏差量减小当振荡电路中的负载电容减少时谐振频率发生较大的偏差甚至当电路中发生一个小变化时频率的稳定性就受到巨大影响负载电容可以是任意值但10-30PF 会更佳Equivalent Circuit of Crystal Oscillation Circuit (晶体振荡电路中的等效电路)在振荡电路中石英晶体谐振器作为感抗被使用石英晶体谐振器和振荡电路的关系如图5 所示为提高振荡电路中的起振条件须提高振荡电路中的负阻抗而电路中没有足够的负阻抗偏差则较难起振在振荡电路中负阻抗的值应达到谐振阻抗的5-10 倍在振荡电路中负载电容的中心值其决定谐振频率的绝对值和其变化范围谐振频率的良好调整范围应保持在最佳值Oscillation Circuit (振荡电路)一个由石英晶体谐振器组成的典型振荡电路如图7 所示Frequency (MHZ) Cg, Cd (PF) Rd (V) CL (PF)3-4 27 5.6K 164-5 27 3.9K 165-6 27 2.7K 166-8 18 2.7K 128-12 18 1.8K 1212-15 18 1.0K 1215-20 15 1.0K 1220-25 12 660 10Spurious Resonances (寄生响应)所有石英谐振器均有寄生在主频率之外的不期望出现的振荡响应他们在等效电路图中表现为附加的以R1 L1C1 形成的响应回路寄生响应的阻抗RNW 与主谐振波的阻抗Rr 的比例通常以衰减常数dB 来表示,并被定义为寄生衰减aNW=-20 · lg对于振荡用晶体,3 至6dB 是完全足够的.对于滤波用晶体,通常的要求是超过40dB. 这一规格要求只有通过特殊设计工艺并使用数值非常小的动态电容方能达到.可达到的衰减随着频率的上升和泛音次数的增加而减小. 通常的平面石英晶片谐振器比平凸或双面凸晶片谐振器的寄生衰减要良好. 在确定寄生响应参数时,应同时确定一个可接受的寄生衰减水平以及寄生频率与主振频率的相对关系.在AT 切型中,对于平面晶片,"不和谐的响应"只存在于主响应的+40 至+150KHZ 之间,对于平凸或双面凸的晶片,寄生则在+200 至+400KHZ 之间.在以上的测量方法中,寄生响应衰减至20 至30dB 时是可以测量的,对于再高一些的衰减.C0 的补偿是必需的.Drive Level (DLD) (激励功率依赖性)石英振荡器的机械振动的振幅会随着电流的振幅成正比例地上升. 功率与响应阻抗的关系为Pc=12qR1, 高激励功率会导致共振的破坏或蒸镀电极的蒸发,最高允许的功率不应超过10mV. 由于L1 和C1 电抗性的功率振荡,存在Qc=Q x Pc. 若Pc=1mV, Q=100.000, Qc 则相当于100W. 由于低的Pc 功率会导致振荡幅度的超过,最终导致晶体的频率上移.随着晶体泛音次数的增加, 对于激励功率的依赖性更加显著.上图显示了典型的结果, 但是精确的预期结果还是要受到包括晶体设计和加工,机械性晶片参数,电极大小,点胶情况等的影响.可以看出, 激励功率必须被谨慎地确定,以使晶体在生产中和使用中保持良好的关系.当今,一个半导体振荡回路的激励功率一般为0.1mV,故在生产晶体时也一般按0.1mV 进行.一个品质良好的晶体可以容易地起振,其频率在自1nW 逐步增加时均能保持稳定.现在, 晶体两端的功率很低的半导体回路也可以在很低的功率的情况下工作良好.上图显示了一个对激励功率有或无依赖性的晶体的工作曲线的比较. 晶体存在蒸镀电极不良,晶片表面洁净度不足, 都会存在如图所示的在低功率时出现高阻抗的情况, 这一影响称为激励功率依赖性(DLD). 通常生产中测试DLD 是用1~10mV 测试后再用1mV 测试, 发生的阻抗变化可作为测试的标准. 很显然, 在增加测试内容会相当大的提高晶体生产的成本.利用适当的测试仪器可以很快地进行DLD 极限值的测定,但是只能进行合格/不合格的测试.IEC 草案248 覆盖了根据(DIV)IEC444-6 制定的激励功率的依赖性的测量方法.提供具有充分的反馈和良好脉冲的最优化的振荡回路,可以极大的消除振荡的内部问题.Notes for Crystal Unit Applications(石英晶体谐振器使用的注意点)(1)与HC-49/U 相比,小的石英晶体谐振器(如HC-49U/S, HC-49USM, UM-1, 49T) 都是低激励功率(100um 或以下). 在使用之前,须在一个实际的安装电路中检验晶体电流(见图5).深圳市格利特电子有限公司TEL:+86- FAX:+86- E-mail:(2)须检查电路的负阻抗,负阻抗的认可见图8.负阻抗应是谐振阻抗的5 倍左右.(3)当使用C-MOS 振荡器时(见图7)线路图中的Rd 是必要的. 如果Rd 达到要求, 激励功率会保持在规定值内,那么谐振频率也就稳定了.(4)在10-30PF 内,可以用Cg 和Cd, 如果Cg 和Cd<10PF 或>30PF, 振荡会被电路现象轻易的影响, 激励功率会升高,或负阻抗会减小, 最终导致振荡的不稳定.(5)晶体振荡电路的设计应尽量简短.(6)电路和线路板间的杂散电容应尽量被减少.(7)尽量避免晶体振荡电路穿过其他电路.(8)如果电路用IC 方式,而且IC 制造各不相同,那么频率, 激励功率, 负阻抗须被确认.(9)泛音振荡电路还需要附加的参考.摘要：石英晶体振荡器在无线系统等应用领域中提供频率基准，是目前其它类型的振荡器尚不能替代的。