有源晶振与无源晶振的原理结构及用法

韬略科技EMC 2016-10-22 17:31


一、有源晶振与无源晶振的比较
 
无源晶振:就是一个晶体,本身不能振荡,依靠配合其他IC内部振荡电路工作。
有源晶振:晶体+振荡电路,封装在一起。给他供上电源,就有波形输出。


1、无源晶体—无源晶体需要用DSP片内的振荡器,在datasheet上有建议的连接方法。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,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。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警惕。

2、有源晶振——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。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。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。对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,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,只能使用有源的晶振,如TI的6000系列等。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,体积和晶体相当,有的甚至比许多晶体还要小。

几点注意事项:

1、需要倍频的DSP需要配置好PLL周边配置电路,主要是隔离和滤波;
2、20MHz以下的晶体晶振基本上都是基频的器件,稳定度好,20MHz以上的大多是谐波的(如3次谐波、5次谐波等等),稳定度差,因此强烈建议使用低频的器件,毕竟倍频用的PLL电路需要的周边配置主要是电容、电阻、电感,其稳定度和价格方面远远好于晶体晶振器件;
3、时钟信号走线长度尽可能短,线宽尽可能大,与其它印制线间距尽可能大,紧靠器件布局布线,必要时可以走内层,以及用地线包围;
4、通过背板从外部引入时钟信号时有特殊的设计要求,需要详细参考相关的资料。

此外还要做一些说明:

总体来说晶振的稳定度等方面好于晶体,尤其是精密测量等领域,绝大多数用的都是高档的晶振,这样就可以把各种补偿技术集成在一起,减少了设计的复杂性。试想,如果采用晶体,然后自己设计波形整形、抗干扰、温度补偿,那样的话设计的复杂性将是什么样的呢?我们这里设计射频电路等对时钟要求高的场合,就是采用高精度温补晶振的,工业级的要好几百元一个。

特殊领域的应用如果找不到合适的晶振,也就是说设计的复杂性超出了市场上成品晶振水平,就必须自己设计了,这种情况下就要选用晶体了,不过这些晶体肯定不是市场上的普通晶体,而是特殊的高端晶体,如红宝石晶体等等。

更高要求的领域情况更特殊,我们这里在高精度测试时采用的时钟甚至是原子钟、铷钟等设备提供的,通过专用的射频接插件连接,是个大型设备,相当笨重 ... ...

1.有源晶振与无源晶振的区别
无源晶振为crystal(晶体)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;
有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。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。
 
2.无源晶振和有源晶振的优缺点     
   
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。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警惕。

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。对于时序要求敏感的应用,个人认为还是有源的晶振好,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。
 
二、有源晶振的管脚

无源晶振两个管脚可以任意。
有源晶振根据封装不同,管教排列不同(打点的为“1脚”,逆时钟看)

有个点标记的为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。
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 

BTW:
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。
Vcc      out  
NC(点)    GND  

三、有源晶振内部结构

可以看到有源晶振 = 普通晶振 + 逻辑电路  

四、有源晶振的输出波形
 

无源晶振输出正弦波。
有源晶振输出正弦波或方波。

如果有源晶振把整形电路做在有源晶振里面了的话,输出就是方波,但很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波,这是由于示波器的带宽不够,好像有源晶振20MHz,如果用40MHz或60MHz的示波器测量,显示的是正弦波,这是由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加,带宽不够的话,就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波,所以显示正弦波。完美的再现方波需要至少10倍的带宽,5倍的带宽只能算是勉强,所以需要至少100M的示波器。
  
五、有源晶振的典型电路


如上图,为有源晶振EMC标准设计电路,如果对EMC要求不高,可以去掉L1,及C1。只保留电源输入端的去耦电容,取0.1uf即可,输出端保留输出电阻,约10到27欧姆。


说明:
1.电源端磁珠L1与电容C2,C3构成lc滤波电路。
2.关于输出端串联的电阻的作用。


串电阻是为了减小反射波,避免反射波叠加引起过冲。有时,不同批次的板子特性不一样,留个电阻位置便于调整板子状态到最佳。如无必要串电阻,就用0欧电阻连接。

具体作用如下:

1、可以减少谐波,有源晶体输出的是方波,这将引起谐波干扰,尤其是阻抗严重不匹配的情况下,加上电阻后,该电阻将与输入电容构成RC积分平滑电路,将方波转换为近似正弦波,虽然信号的完整性受到一定影响,但由于该信号还要经过后级放大、整形后才作为时钟信号,因此,性能并不受影响,该电阻的大小需要根据输入端的阻抗、输入等效电容,有源晶体的输出阻抗等因素选择。
 
2、可以进行阻抗匹配,减小回波干扰及导致的信号过冲。我们知道,只要阻抗不匹配,都会产生信号反射,即回波,有源晶体的输出阻抗通常都很低,一般在几百欧以下,而信号源的输入端在芯片内部结构上通常是运放的输入端,由芯片的内部电路与外部的无源石英晶体构成谐振电路(使用有源晶体后就不需要这个晶体了),这个运放的输出阻抗都在兆欧以上。


一般这个输出电阻可以串27欧姆左右。

文章转自网络,内容仅供学习交流,请勿用于商业用途,如涉及版权问题请及时联系我司,以便删除或更改。

韬略科技EMC 分享EMC最新动态及行业资讯,为您提供最合理的EMC解决方案,广交行业朋友,共同打造最专业的EMC交流平台!
评论 (0)
  •   基于 2025 年行业权威性与时效性,以下梳理国内知名软件定制开发企业,涵盖综合型、垂直领域及特色技术服务商:   华盛恒辉科技有限公司:是一家专注于高端软件定制开发服务和高端建设的服务机构,致力于为企业提供全面、系统的开发制作方案。在部队政企开发、建设到运营推广领域拥有丰富经验,在教育,工业,医疗,APP,管理,商城,人工智能,部队软件、工业软件、数字化转型、新能源软件、光伏软件、汽车软件,ERP,系统二次开发,CRM等领域有很多成功案例。   五木恒润科技有限公司:是一家专业的部队信
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-12 16:13 258浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍2025年1月至今,AI领域最出圈的除了DeepSeek,就是号称首个“通用AI Agent”(智能体)的Manus了,其邀请码一度被炒到8万元。很快,通用Agent就成为互联网大厂、AI独角兽们的新方向,迅速地“卷”了起来。国外市场,Open AI、Claude、微软等迅速推出Agent产品或构建平台,国内企业也在4月迅速跟进。4月,字节跳动、阿里巴巴、百度纷纷入局通用Agent市场,主打复杂的多任务、工作流功能,并对个人用户免费。腾讯则迅速更新腾讯元器的API接
    华尔街科技眼 2025-05-12 22:29 148浏览
  •   舰艇电磁兼容分析与整改系统平台解析   北京华盛恒辉舰艇电磁兼容分析与整改系统平台是保障海军装备作战效能的关键技术,旨在确保舰艇电子设备在复杂电磁环境中协同运行。本文从架构、技术、流程、价值及趋势五个维度展开解析。   应用案例   目前,已有多个舰艇电磁兼容分析与整改系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润舰艇电磁兼容分析与整改系统。这些成功案例为舰艇电磁兼容分析与整改系统的推广和应用提供了有力支持。   一、系统架构:模块化智能体系   电磁环境建模:基
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-14 11:22 59浏览
  •   军事领域仿真推演系统的战略价值与发展前瞻   北京华盛恒辉仿真推演系统通过技术创新与应用拓展,已成为作战效能提升的核心支撑。以下从战略应用与未来趋势展开解析:   应用案例   目前,已有多个仿真推演系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润仿真推演系统。这些成功案例为仿真推演系统的推广和应用提供了有力支持。   一、核心战略应用   1. 作战理论创新引擎   依托低成本仿真平台,军事人员可高效验证新型作战概念。   2. 装备全周期优化   覆盖武器
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-14 16:41 37浏览
  • 在当下的商业版图中,胖东来宛如一颗璀璨的明星,散发着独特的光芒。它以卓越的服务、优质的商品以及独特的企业文化,赢得了消费者的广泛赞誉和业界的高度关注。然而,近期胖东来与自媒体博主之间的一场激烈对战,却如同一面镜子,映照出了这家企业在光环背后的真实与挣扎,也引发了我们对于商业本质、企业发展以及舆论生态的深入思考。​冲突爆发:舆论场中的硝烟弥漫​2025年4月,抖音玉石博主“柴怼怼”(粉丝约28万)突然发难,发布多条视频直指河南零售巨头胖东来。他言辞犀利,指控胖东来在玉石销售方面存在暴利行为,声称其
    疯人评 2025-05-14 13:49 3浏览
  • 在当下竞争激烈的 AI 赛道,企业高层的变动往往牵一发而动全身,零一万物近来就深陷这样的动荡漩涡。近日,零一万物联合创始人、技术副总裁戴宗宏离职创业的消息不胫而走。这位在大模型基础设施领域造诣颇深的专家,此前在华为云、阿里达摩院积累了深厚经验,在零一万物时更是带领团队短期内完成了千卡 GPU 集群等关键设施搭建,其离去无疑是重大损失。而这并非个例,自 2024 年下半年以来,李先刚、黄文灏、潘欣、曹大鹏等一众联创和早期核心成员纷纷出走。
    用户1742991715177 2025-05-13 21:24 115浏览
  •   电磁数据管理系统深度解析   北京华盛恒辉电磁数据管理系统作为专业的数据处理平台,旨在提升电磁数据的处理效率、安全性与可靠性。以下从功能架构、核心特性、应用场景及技术实现展开分析:   应用案例   目前,已有多个电磁数据管理系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润电磁数据管理系统。这些成功案例为电磁数据管理系统的推广和应用提供了有力支持。   一、核心功能模块   数据采集与接入:实时接收天线、频谱仪等设备数据,兼容多协议接口,确保数据采集的全面性与实时性
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-13 10:59 274浏览
  • 在电动出行领域的激烈角逐中,九号公司呈上一份营收净利双涨的成绩单。报告显示,九号公司2024年全年实现总营收141.96亿元,同比增长38.87%;扣非后归母净利润达10.62亿元,同比大幅增长157.24%。更值得关注的是,公司整体毛利率提升3.06个百分点至28.24%,展现出强劲的盈利能力。可当将视角拉远,对标爱玛、雅迪等行业巨擘,便会发现九号的成绩不过是小巫见大巫。财报数据显示,爱玛 2024 年营收 216.06 亿元,净利润 19.8
    用户1742991715177 2025-05-12 19:31 3浏览
  • 一、蓝牙射频电路设计的核心价值在智能穿戴、智能家居等物联网设备中,射频性能直接决定通信质量与用户体验。WT2605C等蓝牙语音芯片的射频电路设计,需在紧凑的PCB空间内实现低损耗信号传输与强抗干扰能力。射频走线每0.1dB的损耗优化可使通信距离提升3-5米,而阻抗失配可能导致30%以上的能效损失。二、射频走线设计规范1. 阻抗控制黄金法则50Ω标准阻抗实现:采用4层板时,顶层走线宽度0.3mm(FR4材质,介电常数4.3)双面板需通过SI9000软件计算,典型线宽1.2mm(1.6mm板厚)阻抗
    广州唯创电子 2025-05-13 09:00 2浏览
  •   电磁数据展示系统平台解析   北京华盛恒辉电磁数据展示系统平台是实现电磁数据高效展示、分析与管理的综合性软件体系,以下从核心功能、技术特性、应用场景及发展趋势展开解读:   应用案例   目前,已有多个电磁数据展示系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润电磁数据展示系统。这些成功案例为电磁数据展示系统的推广和应用提供了有力支持。   一、核心功能模块   数据采集与预处理   智能分析处理   集成频谱分析、时频变换等信号处理算法,自动提取时域频域特征;
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-13 10:20 368浏览
  •   军事仿真推演系统平台核心解析   北京华盛恒辉军事仿真推演系统平台以计算机仿真技术为基石,在功能、架构、应用及效能上展现显著优势,成为提升军事作战与决策能力的核心工具。   应用案例   目前,已有多个仿真推演系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润仿真推演系统。这些成功案例为仿真推演系统的推广和应用提供了有力支持。   一、全流程功能体系   精准推演控制:覆盖推演启动至结束全流程。   智能想定管理:集成作战信息配置、兵力部署功能。   数据模型整合
    华盛恒辉l58ll334744 2025-05-14 17:11 26浏览
  • 一、量子自旋态光学操控1、‌拓扑量子态探测‌磁光克尔效应通过检测拓扑磁结构(如磁斯格明子)的磁光响应,实现对量子材料中非平庸拓扑自旋序的非侵入式表征。例如,二维量子磁体中的“拓扑克尔效应”可通过偏振光旋转角变化揭示斯格明子阵列的动态演化,为拓扑量子比特的稳定性评估提供关键手段。2、‌量子态调控界面‌非厄米磁光耦合系统(如法布里-珀罗腔)通过耗散调控增强克尔灵敏度,可用于奇异点附近的量子自旋态高精度操控,为超导量子比特与光子系统的耦合提供新思路。二、光子量子计算架构优化1、‌光子内存计算器件‌基于
    锦正茂科技 2025-05-13 09:57 4浏览
  • 感谢面包板论坛组织的本次测评活动,本次测评的对象是STM32WL Nucleo-64板 (NUCLEO-WL55JC) ,该测试板专为LoRa™应用原型构建,基于STM32WL系列sub-GHz无线微控制器。其性能、功耗及特性组合经过精心挑选,支持通过Arduino® Uno V3连接,并利用ST morpho接头扩展STM32WL Nucleo功能,便于访问多种专用屏蔽。STM32WL Nucleo-64板集成STLINK-V3E调试器与编程器,无需额外探测器。该板配备全面的STM
    无言的朝圣 2025-05-13 09:47 158浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦