对于电子元器件中的“晶振”,稍微熟悉一点的都知道首先呢先分为两个大类,“有源晶振”和“无源晶振”这两个类别,一个是带电压的石英晶体振荡器,相对于无源晶振来说,价格稍贵一些,另一个则是不带电压的石英晶体谐振器。那么除了这些还有哪些不同?
无源晶振(石英晶体谐振器)工作原理:在石英水晶片的两边镀上电极,通过在两电极上加一定的电压,因为石英有压电效应,电压形成了,自然就会产生形变,从而给IC提供一个正弦波形。通过IC的内部整形和PLL电路后产生方波,然后输入给下级电路。有源晶振就是把频率部分和驱动PLL电路集成在IC外部,自成一体,直接输出方波供下级电路使用。
无源晶振(晶体谐振器)有插件和贴片之分,贴片晶振又分为两脚和四脚,四脚贴片其对脚为有效脚,剩下两脚可以作为接地,也可以悬空不起太大作用。而有源晶振(晶体振荡器)均为四脚:1脚为使能端,2脚为接地端,3脚为输出端,4脚为电源端。不过振荡器的种类很多,英文缩写为OSC或XO。还有特殊功能的振荡器,例如压控晶体振荡器(VCXO)、温度补偿振荡器(TCXO)、压控带温补偿振荡器(VC-TCXO)、恒温振荡器(OCXO)等。
无源晶振是一种无极性元件,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。无源晶振没有电压的要求,信号电平是可变的,也就是说是根据起振电路来决定的。同样的晶振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,而且价格通常也较低,因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶体,这尤其适合于产品线丰富批量大的生产者。
无源晶振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。使用时建议采用精度较高的石英晶体,尽可能不要采用精度低的陶瓷晶体。
有源晶振是一个完整的振荡器,里面除了石英晶振外,还有晶体管和阻容元件 。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,价格相对较高。对于时序要求敏感的应用,有源晶振是个更好的选择。因为可以选用比较精密的晶振,甚至是高档的温度补偿晶振。有些DSP内部没有起振电路,只能使用有源晶振。有源晶振相比于无源晶体通常体积较大,但现在许多有源晶振是表贴的,体积和无源晶振相当,有的甚至比无源晶振还要小。
在电子学上,通常将含有晶体管元件的电路称作“有源电路”,而仅由阻容元件组成的电路称作“无源电路”。无源晶振与有源晶振的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做晶体振荡器(oscillator)。
有源晶振是有石英晶体组成的,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。