选择晶振时需要考虑的五个关键点

任何振荡器中的关键部件都是谐振器，它将控制频率并确定可以实现哪种水平的稳定性。

尽管采用LC或RC谐振器实现的简单振荡器可满足一些应用的要求，但是添加石英晶体将可大幅地将器件的频率稳定性提高好几个数量级，且通常所需的成本很小。

1.输出频率

任何振荡器最基本的属性都是它生成的频率。根据定义，振荡器是接受输入电压(通常为直流电压)并在某一频率下产生重复交流输出的器件。所需的频率由系统类型和如何使用该振荡器所决定。

一些应用需要kHz范围内的低频晶体。一个常见的例子是32.768 kHz手(钟)表晶体。 但是大多数当前的应用需要更高频率的晶体，范围从小于10MHz到大于100MHz。

2.频率稳定性和温度范围

所需的频率稳定性由系统要求确定。振荡器的稳定性可简单地表述为：由于某些原因引起的频率变化除以中心频率。

即：稳定性=频率变化÷中心频率

例如，如果振荡器输出频率为10MHz，并且随温度变化了10Hz，则其温度稳定性为：10 / 10,000,000 = 1x10-6 = 1ppm。 晶振的典型稳定性可以在100ppm至0.001ppm之间。 频率稳定性通常由应用要求决定，并进而确定将需要的晶振类型。振荡器必须工作的温度范围是确定可以达到的稳定性的主要因素。

晶振类型

简单晶振(XO)：这是最基本的类型，其稳定性完全由晶体谐振器本身的固有特性决定。 MHz范围内的较高频率晶体由石英棒制成，其制造工艺应满足：即使环境温度在-55℃至+125℃(-67°F至 +257°F)之间变化，也可提供相对稳定的频率。即使在这么宽的温度范围内，适当切割的石英晶体也可实现±25ppm的稳定性。与诸如随温度变化可达1％(10,000ppm)或更高的LC振荡电路等其它无源谐振器相比，晶体振荡器的性能有了根本提升。但对于某些应用来说，即使25ppm也不够好，因此必须采用额外措施。

温度补偿晶振(TCXO)：如果固有频率与石英晶体的温度稳定性不能满足应用要求，可以采用温度补偿单元。 TCXO使用温度感测器件以及产生电压曲线的电路，在整个温度范围内，该电压曲线与晶体的频率变化趋势完全相反，所以可理想地抵消晶体的漂移。 根据TCXO的类型和温度范围，TCXO的典型稳定性规范范围为小于±0.5ppm至±5ppm。

恒温控制晶振(OCXO)：对于某些应用，TCXO的频率-温度稳定性指标仍无法满足要求。在这些情况下，可能需要OCXO。顾名思义，具有烤腔的振荡器将晶体加热到更高温度，该被控温度使得即使环境温度可能变化很大，晶体的温度也保持稳定。由于晶体的温度和振荡器的敏感部分的变化很小，频率-环境温度稳定性得到显着改善。在环境温度范围内，OCXO的稳定性可以达到0.001ppm。然而，这种稳定性的提升是以增加功耗为代价的，将热量提供给烤腔当然需要能量。典型的OCXO可能需要1到5W的功率来维持内部温度。在开机后，还需要等待温度和频率稳定下来的暖机时间，取决于晶振类型，暖机时长通常从1分钟到10多分钟。

压控晶振(VCXO)：在一些应用中，期望能够调谐或调整振荡器的频率，以便将其锁相到锁相环中的参考、或还可能是对波形进行调制。VCXO通过电子频率控制(EFC)电压输入提供此功能。对于某些专用器件，VCXO的调谐范围规范可能在±10ppm到±100ppm(甚至更高)。

TCVCXO和VCOCXO：TCXO或OCXO通常包括EFC输入电压。这就允许进行调整，以便将输出频率精确地校准为标称值。

图1：通用振荡器框图。

Generic XO Block Diagram: 通用简单晶振框图

Oscillator circuit: 振荡器电路

Output: 输出

Generic TCXO Block diagram: 通用温度补偿晶振框图

Temperature dependent compensation voltage generator: 依赖电压发生器的温度补偿

Varactor diode: 变容二极管

Generic OCXO Block diagram: 通用恒温控制晶振框图

Oven cavity: 烤腔

Temp sensor: 温度传感器

Oscillator: 振荡器

RF OUTPUT: RF输出

Output amp: 输出放大器

Setpoint: 设置点

Proportional controller: 比例控制器

Heater: 加热器

图2：不同晶振的频率-温度稳定性。

Temp: 温度 Stability: 稳定性

3.输入电压和功率

任何类型的晶振通常都可以被设计为利用系统中已有的DC输入电源电压来操作。 在数字系统中，通常希望使用与振荡器将驱动的系统中的逻辑器件所使用的电压相匹配的电压来驱动晶振，以便逻辑电平是直接兼容的。+3.3V或+5V是这些数字单元的典型输入。具有较高功率输出的其它器件可以使用较高电压，例如+12V或+15V。另一个考虑因素是为器件供电所需的电流量。XO或TCXO可能只需要几mA，因此在低电压系统中，其功耗可以小于0.01W。另一方面，在上电时，一些OCXO可以需要5W或6W。

4.输出波形

然后要选择输出波形以匹配振荡器将在系统中驱动的负载。最常见的输出之一是CMOS——以驱动逻辑电平输入。CMOS输出将是在地电位和系统的Vdd轨之间摆动的方波。对于高于约100MHz的较高频率，通常使用差分方波。这些振荡器具有两个180°异相的输出、具有快速上升和下降时间以及非常小的抖动。最通用的类型是LVPECL和LVDS。如果振荡器用于驱动RF组件、如混频器或其它具有50Ω输入阻抗的器件，则通常会指定某个功率级别的正弦波输出。产生的输出功率通常在0dBm到+13dBm(1mW到20mW)之间，尽管如果需要可以输出更高功率。

5.封装尺寸和外形

基于振荡器类型和规格，对晶振封装的要求将大相径庭。简单的时钟振荡器和一些TCXO可以装在小到1.2×2.5mm2的封装中；而一些OCXO可以大到50×50mm2，对某些特定设计，甚至可更大。虽然一些通孔封装如双列直插式4或14引脚类型仍然用于较大的部件(如OCXO或专用TCXO)，但大多数当前设计使用表贴封装。这些表贴配置可以是密封的陶瓷封装，或基于FR-4的、具有用于I/O的建构的组件。

如上所述，当选定晶振时，有许多不同的选择要考虑。然而，通过检查使用晶振的系统，最方便的选择将变得显而易见；例如可用于为晶振供电的输入电压以及振荡器的输出将驱动的器件的类型等因素。还必须考虑应用的其它约束条件，例如物理尺寸和操作环境。除了这些基本参数之外，针对特定应用，还有许多其它规范要予以考量。但当将这些因素通盘考虑后，很可能会找到一款满足系统要求的晶振。

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晶振型号大全及选型

晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。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。他们的机电效应是机-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。

晶振是石英振荡器的简称，英文名为Crystal，它是时钟电路中最重要的部件，它的作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率，它就像个标尺，工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定，自然容易出现问题。由于制造工艺不断提高，现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好，已不容易出现故障，但在选用时仍可留意一下晶振的质量。晶振在应用具体起到什么作用微控制器的时钟源可以分为两类：基于机械谐振器件的时钟源，如晶振、陶瓷谐振槽路；RC（电阻、电容）振荡器。一种是皮尔斯振荡器配置，适用于晶振和陶瓷谐振槽路。另一种为简单的分立RC振荡器。基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数。RC振荡器能够快速启动，成本也比较低，但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差，会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响。需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局。

在使用时，陶瓷谐振槽路和相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感，但在过驱动时很容易产生频率漂移（甚至可能损坏）。影响振荡器工作的环境因素有：电磁干扰（EMI）、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化，增加不稳定性，并且在有些情况下，还会造成振荡器停振。上述大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免。这些模块自带振荡器、提供低阻方波输出，并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是晶振模块和集成RC振荡器（硅振荡器）。晶振模块提供与分立晶振相同的精度。

硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高，多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。选择振荡器时还需要考虑功耗。分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定。CMOS放大器功耗与工作频率成正比，可以表示为功率耗散电容值。比如，HC04反相器门电路的功率耗散电容值是90pF。在4MHz、5V电源下工作时，相当于1.8mA的电源电流。再加上20pF的晶振负载电容，整个电源电流为2.2mA。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容，相应地也需要更多的电流。相比之下，晶振模块一般需要电源电流为10mA~60mA。硅振荡器的电源电流取决于其类型与功能，范围可以从低频（固定）器件的几个微安到可编程器件的几个毫安。一种低功率的硅振荡器，如MAX7375，工作在4MHz时只需不到2mA的电流。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。

晶振是控制CPU的时钟频率的，也就是产生高低电平的周期（产生一个高电平，和一个低电平为一个周期，）一般说来次频率越高，电脑在单位时间里处理的速度越快晶振本身并不产生振荡，但它会以一个固定的频率与外电路发生谐振，前提是外电路的振荡频率必须与晶振的固有振荡频率相一致，起码也要非常接近，否则电路将停振。关于测试，一般业余情况下用万用表测有电阻（指表针动）则已损坏（振荡频率很低的表针也会略摆，但马上归零），表针不动（电阻无穷大），有可能好，有可能引线开路。

晶振型号大全

有源晶振引脚

有源晶振型号纵多，而且每一种型号的引脚定义都有所不同，接法也不同，下面介绍一下有源晶振引脚识别： 有点标记的为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。

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。 有源晶振是由石英晶体组成的，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，虽然这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（由晶片的尺寸和形状决定）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。

压电谐振状态的建立和维持都必须借助于振荡器电路才能实现。图3是一个串联型振荡器，晶体管T1和T2构成的两级放大器，石英晶体XT与电容C2构成LC 电路。在这个电路中，石英晶体相当于一个电感，C2为可变电容器，调节其容量即可使电路进入谐振状态。该振荡器供电电压为5V，输出波形为方波。

有源晶振与无源晶振

晶振分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振与有源晶振的英文名称不同， 无源晶振为crystal（晶体），有2个引脚，体积小，需借助于时钟电路才能产生振荡信号； 有源晶振叫做oscillator（振荡器）。有4只引脚，体积较大。

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

说明：

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。

3、石英晶体封装类型：49/U，49/T，UM-5，49/S，尺寸：5X7mm，6X3.5mm，5X3.2mm，4X2.5mm

贴片晶振（OSC）尺寸：SMD（3.2&TImes;5，6X3.5，5X7，3.2&TImes;5，6X3.5，5X7） 。

全尺寸、半尺寸晶振：49/U、49/T、49/S、49/SMD、50/U/0/T、UM-1、UM-5.

圆柱形晶振尺寸：1.5ⅹ5、2ⅹ6、3ⅹ8、3ⅹ9、3ⅹ10 。

常用晶振型号

工作温度为-40-+85度

石英振荡器系列：全尺寸、半尺寸钟振、（5*7 、6*3.5、5*3.2、4*2.5） 石英晶振系列：HC--49/U、HC-49/S、HC--49/SMD、50U、UM-1、UM-5

音叉晶体系列：JU/AT 2*6 、3*8、3*9

贴片系列：TCXO、VCXO SMD（5*7 、6*3.5、5*3.2、4*2.5） 陶瓷系列：ZTA、ZTT、ZTB CRB455、10.7M

常用频率：

32.768KHz

100KHz

200KHz

340KHz

400KHz

455KHz

600KHz

1.8432MHz

2MHz

2.68MHz

3MHz

3.2MHz

3.575611MHz

3.579MHz

3.579545MHz

3.64MHz

3.6864MHz

4MHz

4.140MHz

4.032MHz

4.09MHz

4.096MHz

4.194MHz

4.195MHz

4.1952MHz

4.25MHz

4.332MHz

4.433MHz

4.433619MHz

4.49923MHz

4.5MHz

4.91MHz

4.915MHz

5MHz

5.927MHz

6MHz

6.431091MHz

6.772MHz

7MHz

7.2MHz

7.3728MHz

7.6MHz

7.732MHz

7.9296875MHz

8.192MHz

8.38MHz

9.216MHz

9.6MHz

9.8MHz

9.83MHz

9.8304MHz

10MHz

10.01MHz

10.238MHz

10.240MHz

10.245MHz

10.25MHz

10.7MHz

10.8MHz

11.013MHz

11.0592MHz

11.15MHz

11.288MHz

11.5MHz

12MHz

12.288MHz

12.5MHz

12.6MHz

12.8MHz

13MHz

13.25MHz

13.5MHz

13.56MHz

14MHz

14.31818MHz

14.74MHz

14.745MHz

14.7456MHz

15.36MHz

15.4MHz

15.5MHz

16MHz

16.367667MHz

16.368MHz

16.384MHz

16.8MHz

16.9344MHz

17.28MHz

17.734MHz

17.734475MHz

18.432MHz

19.2MHz

19.3125MHz

19.44MHz

19.68MHz

19.6608MHz

19.8MHz

20MHz

20.25MHz

20.945MHz

21.24MHz

21.245MHz

21.4MHz

21.47727MHz

21.504MHz

22.1184MHz

23.040MHz

24MHz

24.0014MHz

24.431MHz

24.5535MHz

24.576MHz

24.6MHz

25MHz

26MHz

26.05MHz

26.8MHz

26.975MHz

27MHz

27.145MHz

27.7MHz

28MHz

28.8MHz

28.224MHz

28.63MHz

29.4912MHz

29.5MHz

30MHz

31.5MHz

32MHz

32.1MHz

32.256MHz

33MHz

33.333MHz

33.86MHz

33.868MHz

33.8688MHz

35.4689MHz

36.860MHz

37MHz

38.4MHz

38.85MHz

39.168MHz

40MHz

40.32MHz

42.105MHz

42.496MHz

44MHz

44.545MHz

45MHz

45.1MHz

48MHz

49MHz

50MHz

54MHz

56MHz

56.448MHz

60MHz

61.5MHz

65MHz

66.66MHz

67.750MHz

70MHz

70.5MHz

73.720MHz

75MHz

76.8MHz

85.38MHz

90MHz

96MHz

100MHz

106.95MHz

110.52MHz

112.32MHz

125MHz

128.45MHz

130MHz

150MHz

153.6MHz

225MHz

243.5MHz

280MHz

307.2MHz

310MHz

311.06MHz

315MHz

360MHz

433.92MHz

446MHz

465MHz

704MHz

842.5MHz

881.5MHz

897MHz

897.5MHz

898MHz

903.5MHz

926.5MHz

942.5MHz

947.5MHz

1016MHz

1323MHz

1441MHz

1489MHz

1575.45MHz

1747MHz

1747.5MHz

1750MHz

1842MHz

1842.5MHz

1847MHz

1880MHz

1960MHz

1964MHz

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