晶振的基本原理

（1）结构.........................................................................................................................2
（2）性能.........................................................................................................................3
（3）等效电路：
C0 ：静态电容和支架、引线的分布电容之和 Lq1 、 Cq1 、 rq1 —晶体基频等效电路， Lq3 、 Cq3 、 rq3 —晶体三次泛音等效电路…
其中： Lq 很大（几十 mH）、 Qq 很大（105）、 Cq 很小（10−2 pF ），并且数值极其稳定。
当外加交变电压与石英晶片的机械振动发生共振时，石英晶片两极上的交变电荷量最 大，也就是通过的交变电流量最大，因而具有串联谐振特性。
三、基本术语
压控振荡器
（1）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。
（2）Frequency Stability(温度频差)
是指在一定的温度范围内，以“参考”频率为起点，允许的最大频率背离。 “参考” 频率 通常是指在室温下(+25C)晶体的谐振频率。用 PPm 表示。
（5）Load Capacitance（负载电容）.........................................................................5
（6）ppm 定义:................................................................................................................5
以下主要介绍石英晶体谐振器
一、石英晶体谐振器的基本原理：
石英是矿物质硅石的一种, 化学成分是ＳiＯ2, 形状是呈角锥形的六棱结晶体。 石英晶体具有压电效应。当交流电压加在晶体两端, 晶体先随电压变化产生应变, 然后 机械振动又使晶体表面产生交变电荷。当晶体几何尺寸和结构一定时, 它本身有一个固有的 机械振动频率。当外加交流电压的频率等于晶体的固有频率时, 晶体片的机械振动最大, 晶 体表面电荷量最多, 外电路中的交流电流最强, 于是产生了谐振。 因此, 将石英晶体按一定 方位切割成片, 两边敷以电极, 焊上引线, 再用金属或玻璃外壳封装即构成石英晶体谐振器 （简称石英晶振） 石英晶振的固有频率十分稳定, 它的温度系数（温度变化１℃所引起的固有频率相对变 化量）在１０-6 以下。另外, 石英晶振的振动具有多谐性, 即除了基频振动外, 还有奇次谐 波泛音振动。 对于石英晶振, 既可利用其基频振动, 也可利用其泛音振动。 前者称为基频 晶体, 后者称为泛音晶体。晶片厚度与振动频率成反比, 工作频率越高, 要求晶片越薄, 因而 机械强度越差, 加工越困难, 使用中也易损坏。 由此可见, 在同样的工作频率上, 泛音晶体 的切片可以做得比基频晶体的切片厚一些。所以在工作频率较高时, 常采用泛音晶体。 通 常在工作频率小于 20MHz 时采用基频晶体, 大于 20MHz 时采用泛音晶体。（当然实际使用 时高于 20MHz 也有使用基频的情况） 晶体振荡器的频率稳定度很高, 但振荡频率的可调范围很小。泛音晶振可用于产生较高 频率振荡, 但需采取措施抑制低次谐波振荡, 保证其只谐振在所需要的工作频率上。 石英晶体的性能与等效电路：
简介晶振
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。
晶体振荡器也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振（谐振）的英文 名称不同，无源晶振为 crystal（晶体），而有源晶振则叫做 oscillator（振荡器）。
49U 晶体谐振器
49S 晶Baidu Nhomakorabea谐振器
（2）、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。
目录
简介晶振...................................................................................................................................2 一、石英晶体谐振器的基本原理：.......................................................................................2
（1）结构
利用石英晶体（Quartz-Crystal）的压电效应制成的一种谐振器件。
（2）性能
①晶片有一固有振动频率，与切割方位、形状、大小有关，且十分稳定。 将之接到振荡器的闭合环路中，利用其固有频率，能有效地控制和稳定振荡频率。 ②压电效应：机械与电的相互转换效应。 正压电效应：外加力，产生电荷现象 逆压电效应：外加电压，产生机械振动现象。 ③振动特性：具有多谐性，除基频（Fundamental Frequency）振动外还有奇次谐波的泛 音（Overtones）振动。
（1）Frequency Tolerance（调整频差）：.................................................................4
（2）Frequency Stability(温度频差).......................................................................4
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, 通常用 CL 表示, 是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接匹配电容，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 输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电 容值附近调整可以得到精确频率。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 （晶振的谐振频率和输出幅度）。
（1）AT-cut.....................................................................................................................6
（2）BT-cut.....................................................................................................................6 五、晶振的常用电路...............................................................................................................7 六、设计考虑注意事项...........................................................................................................8 七、其他概念：钟振（振荡器）...........................................................................................8
（7）等效串联电阻（ESR，Rr，R1）： ......................................................................... 5
（8）驱动功率( Drive Level )（有的也叫激励电平） ...........................................5
（3）Aging（年老化率）：.............................................................................................4
（4）Shunt Capacitance（静电容）：.........................................................................4
（9）负性阻抗(Negative Resistance , - R ) .........................................................6 四、切割方式(了解)...............................................................................................................6
（3）等效电路：.............................................................................................................3 二、晶体分类：.......................................................................................................................3 三、基本术语...........................................................................................................................4
如果实际的负载电容配置不当, 起振会产生频偏，会引起线路参考频率的误差。另外如
在发射接收电路上会使晶振的振荡幅度下降(不在峰点),影响混频信号的信号强度与信噪.
晶振外挂匹配电容计算方法： 理论计算：负载电容 Cl=[(Cd*Cg)/(Cd+Cg)]+△C 式中 Cd,Cg 为分别接在晶振的两个脚 上和对地的电容,△C 一般为为 7 至 8pf 常用经验公式：C=(Cl-3~5)x2，C 是原理图上晶体旁边的电容，Cl 是晶体的标称负载电 容。一般情况下晶体两边的电容相等。如：晶振负载电容为 20pF，则 C=(20-3~5)X2=27~33, 可以贴 27pF 或是 33pF 实际贴的匹配电容电容量相等时, 反馈系数是 0.5, 一般是可以满足振荡条件的, 但 如果不易起振或振荡不稳定可以减小输入端对地电容量, 而增加输出端的值以提高反馈量。
（3）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,用 PPm 表示.
（4）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。
（5）Load Capacitance（负载电容）
二、晶体分类：
（1）、石英晶体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。