有源晶振和無(wú)源晶振的區(qū)別

1、有源晶振比較貴，但是有源晶振自身就能震動(dòng)。而無(wú)論是無(wú)源晶振，還是有源晶振，都有自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)所在，若考慮產(chǎn)品成本，建議可以選擇無(wú)源晶振電路;若考慮產(chǎn)品性能，建議選擇有源晶振電路，省時(shí)方便也能保證產(chǎn)品性能。

2、無(wú)源晶振最高精度為5ppm，而有源晶振的精度則可以達(dá)到0.1ppm。精度越高，頻率穩(wěn)定性也更好。有源晶振在穩(wěn)定性上要?jiǎng)龠^(guò)無(wú)源晶振，但也有自身小小的缺陷，有源晶振的信號(hào)電平是固定，所以需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差。

3、有源晶振一般4個(gè)腳，一個(gè)電源，一個(gè)接地，一個(gè)信號(hào)輸出端，一個(gè)NC(空腳)。有個(gè)點(diǎn)標(biāo)記的為1腳，按逆時(shí)針(管腳向下)分別為2、3、4。

4、無(wú)源晶振有2個(gè)引腳，需要借助于外部的時(shí)鐘電路(接到主IC內(nèi)部的震蕩電路)才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法振蕩。

晶振是一種重要的電子元件，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，晶振又可以分為有源晶振和無(wú)源晶振兩種類型的晶振。以下是關(guān)于有源晶振和無(wú)源晶振的主要區(qū)別。

一、工作原理

無(wú)源晶振：英文名稱為Crystals，是晶體諧振器的簡(jiǎn)稱，是基于石英晶體的諧振器件。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)它是一個(gè)石英晶體元件，是一個(gè)被切割和加工成特定形狀和尺寸的石英晶體片。當(dāng)通過(guò)電流給予其激勵(lì)時(shí)，它就會(huì)利用石英晶體天然的機(jī)電效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)精確的頻率，石英晶體在電場(chǎng)的作用下會(huì)產(chǎn)生振蕩。我們常用的無(wú)源晶振的頻率范圍在幾kHz到幾十MHz之間，但特定的應(yīng)用可能會(huì)要求更高或更低的頻率。

有源晶振：英文名稱為Crystal oscillator，是晶振振蕩器的簡(jiǎn)稱，這是一種集成了振蕩器電路的晶振器件，它可以直接輸出一個(gè)穩(wěn)定的方波信號(hào)。其基本工作原理是利用石英晶體的壓電效應(yīng)和振蕩器電路的反饋機(jī)制。當(dāng)石英晶體受到外部壓力時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生電壓，然后振蕩器電路將電壓反饋并增大，從而維持晶體的振蕩。

二、結(jié)構(gòu)與封裝

無(wú)源晶振：通常較小，封裝簡(jiǎn)單。常見(jiàn)的封裝形式有HC-49U等。

有源晶振：由于內(nèi)部包含了振蕩器電路，并且內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜，因此有源晶振的封裝通常較大。常見(jiàn)的封裝形式包括SMD(表面貼裝設(shè)備)封裝，適用于現(xiàn)代的PCB設(shè)計(jì)。

三、輸出特性

無(wú)源晶振：無(wú)源晶振本身不直接輸出方波或正弦波信號(hào)，相反，它需要與外部電路(如Pierce振蕩器電路)結(jié)合使用，以產(chǎn)生振蕩輸出。當(dāng)與適當(dāng)?shù)碾娐废嘟Y(jié)合時(shí)，晶振將在其固有的諧振頻率上產(chǎn)生振蕩。

有源晶振：有源晶振的主要輸出為一個(gè)方波信號(hào)，具有穩(wěn)定且精確的頻率和幅度，并且方波信號(hào)的頻率由石英晶體的諧振頻率決定，通常在幾千赫茲至數(shù)十兆赫茲的范圍內(nèi)。而方波信號(hào)的幅度通常是 TTL或 CMOS電平。

四、電源需求

無(wú)源晶振不需要外部電源供電，但要產(chǎn)生振蕩，通常需要與一個(gè)外部的振蕩器電路配合，而這個(gè)電路需要供電。有源晶振需要外部電源供電驅(qū)動(dòng)振蕩器電路。有源晶振是由晶體和一個(gè)內(nèi)部的放大器電路組成的，這個(gè)放大器電路需要外部供電來(lái)驅(qū)動(dòng)，使得晶體產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩。

五、應(yīng)用領(lǐng)域

無(wú)源晶振：無(wú)源晶振因?yàn)槌杀镜秃推浜?jiǎn)單性，被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，如手表、時(shí)鐘、無(wú)線通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)等，作為頻率參考或時(shí)鐘源。

有源晶振：由于其能夠提供準(zhǔn)確且穩(wěn)定的輸出頻率，所以常用于有源晶振廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，特別是需要一個(gè)穩(wěn)定頻率參考的應(yīng)用。例如：通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制系統(tǒng)、音視頻設(shè)備等。

常見(jiàn)問(wèn)題

無(wú)源晶振不起振?

→ 檢查負(fù)載電容是否匹配(參考芯片手冊(cè))，或嘗試調(diào)整電容值(通常15~22pF)。有源晶振輸出異常?

→ 確認(rèn)供電電壓是否穩(wěn)定，輸出端是否短路。能否互換使用?

→ 不能!無(wú)源晶振需驅(qū)動(dòng)電路，直接替換會(huì)導(dǎo)致電路失效。經(jīng)驗(yàn)法則：

消費(fèi)電子(手環(huán)、遙控器)→ 無(wú)源晶振網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工業(yè)主板 → 有源晶振射頻/衛(wèi)星通信 → 溫補(bǔ)晶振(TCXO)(有源晶振的高精度變種)

基本定義

無(wú)源晶振(Crystal Oscillator，簡(jiǎn)稱石英晶體)

只是一個(gè)壓電陶瓷或石英晶體諧振器，自身無(wú)法產(chǎn)生振蕩信號(hào).

需要外部電路(如芯片內(nèi)部的振蕩電路)提供激勵(lì)信號(hào)才能工作.

常見(jiàn)封裝：HC49s封裝(市面上已慢慢淘汰)貼片式(如SMD3225、smd2520、smd2016等).

有源晶振(Oscillator，全稱石英晶體振蕩器簡(jiǎn)稱晶振)

完整振蕩器,內(nèi)部集成晶體、振蕩電路IC，直接輸出時(shí)鐘信號(hào),無(wú)需外部電路，通電即可工作.

常見(jiàn)封裝：四腳貼片(如osc7050/osc5032/osc3225/osc2520)或雙列直插(DIP)市面上很少插件的了

核心區(qū)

特性 | 無(wú)源晶振 | 有源晶振 |

| 工作原理 | 依賴外部電路激勵(lì) | 內(nèi)置振蕩電路，獨(dú)立工作 |

| 輸出信號(hào) | 正弦波(需整形) | 方波或正弦波(可直接使用) |

| 供電需求 | 無(wú)需電源(但外部電路需供電) | 需單獨(dú)供電(如3.3V、5V等) |

| 啟動(dòng)時(shí)間 | 較慢(毫秒級(jí)) | 較快(微秒級(jí)) |

| 精度 | 依賴外部電路，通常較低(±10~100ppm) | 內(nèi)置溫補(bǔ)電路，精度高(±0.1~50ppm) |

| 成本 | 低 | 較高 |

| 設(shè)計(jì)復(fù)雜度 | 需匹配負(fù)載電容設(shè)計(jì)復(fù)雜 | 即插即用，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 |

典型應(yīng)用場(chǎng)景

無(wú)源晶振

用于對(duì)成本敏感、設(shè)計(jì)空間受限的場(chǎng)景，如：

單片機(jī)的時(shí)鐘源,消費(fèi)電子產(chǎn)品(藍(lán)牙耳機(jī),智能穿戴等)

有源晶振

用于高穩(wěn)定性、快速啟動(dòng)或復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用，如：

通信設(shè)備(GPS、射頻模塊)。

工業(yè)控制、監(jiān)控矩形,工業(yè)控制板高可靠性領(lǐng)域。

選型建議

選無(wú)源晶振：低成本、低功耗設(shè)計(jì)，且主控芯片內(nèi)置振蕩電路時(shí)。

選有源晶振： 需要高精度(如GPS、工業(yè)控制板)。

典型設(shè)計(jì)電路

無(wú)源晶振設(shè)計(jì)

無(wú)源晶振設(shè)計(jì)需要諧振電容和反饋電阻，以提升晶振的啟動(dòng)性能。C1和C2作為諧振電容，其值可根據(jù)特定方法進(jìn)行計(jì)算選定。R2和R4可根據(jù)實(shí)際需求替換為低阻抗的磁珠，以優(yōu)化電路性能。無(wú)源晶振設(shè)計(jì)通過(guò)并聯(lián)1M電阻，增加了電路中的負(fù)性阻抗，提升了增益，進(jìn)而縮短了晶振的啟動(dòng)時(shí)間，使其更易啟動(dòng)。

有源晶振設(shè)計(jì)

有源晶振設(shè)計(jì)包含預(yù)留匹配設(shè)計(jì)和高頻噪聲抑制，以確保電源的穩(wěn)定性。圖4展示了有源晶振的典型電路，其中，R1是一個(gè)預(yù)留的匹配設(shè)計(jì)，其值可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整，或者通過(guò)低阻抗的磁珠來(lái)進(jìn)行替換。有源晶振設(shè)計(jì)通過(guò)L1的作用抑制晶振產(chǎn)生的高頻噪聲對(duì)電源的干擾，確保電源能夠保持穩(wěn)定。

輸出波形

無(wú)源與有源比較

無(wú)源晶振的輸出為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，其波形特點(diǎn)鮮明。而有源晶振則輸出可靈活選擇的正弦波或方波，具體取決于實(shí)際的應(yīng)用需求。

圖5展示了兩種晶振的輸出波形。無(wú)源晶振的輸出為標(biāo)準(zhǔn)正弦波，其波形特點(diǎn)顯著。而有源晶振的輸出則更為多樣化，既可以是正弦波，也可以是方波，其波形選擇相當(dāng)靈活，能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。