石英晶振、硅晶振和陶瓷晶振原理对比及驱动电路

原创 面包板社区 2022-07-06 20:00

频率元器件有石英晶体谐振器(quartz crystal resonator)、石英晶体振荡器(crystal oscillator module)、硅振荡器(Si-MEMS oscillator)、陶瓷谐振器(ceramic resonator)四种。由于起振材料、驱动电路各不不同,性能及目标应用也不一样,应用选型时需要多方面权衡。

 

以下按起振材料和驱动电路的不同,分别对这些频率元器件进行分类对比。


1.起振材料


按时钟源的起振材料,频率元器件可分为石英(SIO2)、硅(SI)、陶瓷三大类。

 

石英晶体谐振器(Xtal)、晶体振荡器(XO)与陶瓷谐振器

 

(1)石英频率元器件


石英频率元器件有晶体谐振器(Xtal)、晶体振荡器(XO)两类,它们都采用石英片作为起振源。


谐振器(Xtal)是无源元件,需要配置驱动电路才能构成振荡器,并且输出信号的电压由起振电路决定,允许不同的电压输出,但信号质量和精度都不如有源的晶体振荡器(XO)。应用中,用户需要精确匹配外围电路(电感、电容、电阻等),如需更换晶振就要同时更换外围电路。

 

有源晶振(XO)带有驱动电路并优化完成


有源晶振(XO)是带有驱动电路,并匹配优化完成,已经封装完好的振荡器,可以提供高精度的频率基准。使用时,用户不需要配置,只要选对频率和输出电平格式就OK了。


(2)陶瓷谐振器


陶瓷谐振器也是一种重要的频率元件,典型初始精度在0.5%至0.1%范围内,老化或温漂可使精度超出这一范围。廉价陶瓷谐振器的频差只有±1.1%,较高端的可达±0.25%和±0.3%。


陶瓷器件起动较快,工作温度为-40°C至+125°C,而且体积一般小于石英器件,也更能承受冲击与振动,因此大量应用于汽车CAN总线控制,以及对时序要求不严格的低成本嵌入式系统。


(3)陶瓷谐振器


硅振荡器(MEMS硅晶振)采用标准半导体工艺制程,是组合了MEMS与CMOS电路技术的高性能全硅时钟频率器件,有望解决生产工艺复杂的石英振荡器的各种弊端,包括稳定性不高,频率有限,尺寸较大,品质一致性差,备货时间长,以及受材料特性限制产能等一系列问题。不过,硅晶振目前尚未成为主流。


RC振荡器是性能最差的振荡器,但电路布设灵活,成本也非常最低,是目前应用最广泛的时钟发生电路。


(4)硅振荡器


硅振荡器(Si-MEMS oscillator)以硅为起振材料,通过半导体MEMS工艺制成,性能与石英振荡器相当,并具有低成本、与半导体工艺兼容性好等优势,适合AIOT终端小体积、薄型化的发展方向。一些典型特征如下:


1)全自动化半导体工艺(芯片级),无气密性问题,永不停振。
2)内部包含温补电路,温漂很小。
3)平均无故障工作时间5亿小时。
4)抗震性能25倍于石英振荡器。
5)支持1-800MHZ任一频点,精确致小数点后5位输出。
6)支持1.8V、2.5V、2.8V、3.3V多种工作电压匹配。
7)支持10PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM等各种精度匹配。
8)支持7050、5032、3225、2520所有标准尺寸封装。
9)标准四脚、六脚封装,无需任何设计改动,直接替代石英振荡器。
10)支持差分输出、单端输出、压控(VCXO)、温补(TCXO)等产品种类。

 

硅振荡器的优势


 硅振荡器可通过芯片内的fractional - NPLL和非易失性存储器,对频率、电压和精度进行编程调整,并组合成不同功能的时钟产品。除了SiTime外,硅振荡器主要由一些半导体芯片厂商制造,如ADI、diodes、ST、TI等。


2.驱动电路


从电路功能上,频率元器件可分为两大类,一类是谐振器(石英谐振器、陶瓷谐振器),另一大类是振荡器(石英晶体振荡器、硅振荡器、RC振荡器)。简单来说,给谐振器加上驱动电路就变成了振荡器。


(1)谐振器


谐振器包括石英谐振器、陶瓷谐振器两种,它们配置灵活,用户可根据应用需求自由选择外围振荡电路及其元器件。


其中,石英谐振器具有众所周知的天然优势,频率精度远远高于陶瓷谐振器,但成本也比陶瓷谐振器高很多。


陶瓷谐振器的频率误差、品质因数等性能远低于石英产品,频率温度稳定性也较差。但是,陶瓷谐振器的尺寸较小,成本通常只有晶体谐振器的一半,也能满足一些电子产品的频率控制需求,适合那些成本敏感且对性能要求不高的场合。


(2)振荡器


振荡器(oscillator)是一种能量转换装置,将直流电能转换为具有一定频率的交流电,其构成的电路叫振荡电路。


谐振器加上驱动电路就构成了振荡器


与谐振器相比,振荡器是一种有源器件,多了一个用来控制频率的振荡电路,可产生精准、规则的频率信号(通常是正弦波或方波),这些信号质量好、稳定,而且连接方式相对简单,用户只需做好电源滤波即可,不需要复杂的配置电路。


当然,振荡器也有缺点,信号电平是固定的,需要选择好合适输出电平,而且体积较大、价格高,有些石英晶体振荡器的起振时间较长,用起来不够灵活,限制了用户的自由发挥空间。但是谁都不拒绝高性能和高可靠,例如工业、医疗、科学研究等时序敏感型应用。


(
END
)
更多精彩,尽在EET视频号

面包板社区 面包板社区——中国第一电子人社交平台 面包板社区是Aspencore旗下媒体,整合了电子工程专辑、电子技术设计、国际电子商情丰富资源。社区包括论坛、博客、问答,拥有超过250万注册用户,加入面包板社区,从菜鸟变大神,打造您的电子人脉社交圈!
评论
  • TOF多区传感器: ND06   ND06是一款微型多区高集成度ToF测距传感器,其支持24个区域(6 x 4)同步测距,测距范围远达5m,具有测距范围广、精度高、测距稳定等特点。适用于投影仪的无感自动对焦和梯形校正、AIoT、手势识别、智能面板和智能灯具等多种场景。                 如果用ND06进行手势识别,只需要经过三个步骤: 第一步&
    esad0 2024-12-04 11:20 88浏览
  • 遇到部分串口工具不支持1500000波特率,这时候就需要进行修改,本文以触觉智能RK3562开发板修改系统波特率为115200为例,介绍瑞芯微方案主板Linux修改系统串口波特率教程。温馨提示:瑞芯微方案主板/开发板串口波特率只支持115200或1500000。修改Loader打印波特率查看对应芯片的MINIALL.ini确定要修改的bin文件#查看对应芯片的MINIALL.ini cat rkbin/RKBOOT/RK3562MINIALL.ini修改uart baudrate参数修改以下目
    Industio_触觉智能 2024-12-03 11:28 104浏览
  •         温度传感器的精度受哪些因素影响,要先看所用的温度传感器输出哪种信号,不同信号输出的温度传感器影响精度的因素也不同。        现在常用的温度传感器输出信号有以下几种:电阻信号、电流信号、电压信号、数字信号等。以输出电阻信号的温度传感器为例,还细分为正温度系数温度传感器和负温度系数温度传感器,常用的铂电阻PT100/1000温度传感器就是正温度系数,就是说随着温度的升高,输出的电阻值会增大。对于输出
    锦正茂科技 2024-12-03 11:50 135浏览
  • RDDI-DAP错误通常与调试接口相关,特别是在使用CMSIS-DAP协议进行嵌入式系统开发时。以下是一些可能的原因和解决方法: 1. 硬件连接问题:     检查调试器(如ST-Link)与目标板之间的连接是否牢固。     确保所有必要的引脚都已正确连接,没有松动或短路。 2. 电源问题:     确保目标板和调试器都有足够的电源供应。     检查电源电压是否符合目标板的规格要求。 3. 固件问题: &n
    丙丁先生 2024-12-01 17:37 111浏览
  • 光伏逆变器是一种高效的能量转换设备,它能够将光伏太阳能板(PV)产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络,还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器,以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性,在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性,而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2024-12-02 10:40 134浏览
  • 概述 说明(三)探讨的是比较器一般带有滞回(Hysteresis)功能,为了解决输入信号转换速率不够的问题。前文还提到,即便使能滞回(Hysteresis)功能,还是无法解决SiPM读出测试系统需要解决的问题。本文在说明(三)的基础上,继续探讨为SiPM读出测试系统寻求合适的模拟脉冲检出方案。前四代SiPM使用的高速比较器指标缺陷 由于前端模拟信号属于典型的指数脉冲,所以下降沿转换速率(Slew Rate)过慢,导致比较器检出出现不必要的问题。尽管比较器可以使能滞回(Hysteresis)模块功
    coyoo 2024-12-03 12:20 153浏览
  • 戴上XR眼镜去“追龙”是种什么体验?2024年11月30日,由上海自然博物馆(上海科技馆分馆)与三湘印象联合出品、三湘印象旗下观印象艺术发展有限公司(下简称“观印象”)承制的《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕。该体验项目将于12月1日正式对公众开放,持续至2025年3月30日。双向奔赴,恐龙IP撞上元宇宙不久前,上海市经济和信息化委员会等部门联合印发了《上海市超高清视听产业发展行动方案》,特别提到“支持博物馆、主题乐园等场所推动超高清视听技术应用,丰富线下文旅消费体验”。作为上海自然
    电子与消费 2024-11-30 22:03 103浏览
  • 作为优秀工程师的你,已身经百战、阅板无数!请先醒醒,新的项目来了,这是一个既要、又要、还要的产品需求,ARM核心板中一个处理器怎么能实现这么丰富的外围接口?踌躇之际,你偶阅此文。于是,“潘多拉”的魔盒打开了!没错,USB资源就是你打开新世界得钥匙,它能做哪些扩展呢?1.1  USB扩网口通用ARM处理器大多带两路网口,如果项目中有多路网路接口的需求,一般会选择在主板外部加交换机/路由器。当然,出于成本考虑,也可以将Switch芯片集成到ARM核心板或底板上,如KSZ9897、
    万象奥科 2024-12-03 10:24 86浏览
  • 11-29学习笔记11-29学习笔记习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-02 23:58 88浏览
  • 当前,智能汽车产业迎来重大变局,随着人工智能、5G、大数据等新一代信息技术的迅猛发展,智能网联汽车正呈现强劲发展势头。11月26日,在2024紫光展锐全球合作伙伴大会汽车电子生态论坛上,紫光展锐与上汽海外出行联合发布搭载紫光展锐A7870的上汽海外MG量产车型,并发布A7710系列UWB数字钥匙解决方案平台,可应用于数字钥匙、活体检测、脚踢雷达、自动泊车等多种智能汽车场景。 联合发布量产车型,推动汽车智能化出海紫光展锐与上汽海外出行达成战略合作,联合发布搭载紫光展锐A7870的量产车型
    紫光展锐 2024-12-03 11:38 121浏览
  • 最近几年,新能源汽车愈发受到消费者的青睐,其销量也是一路走高。据中汽协公布的数据显示,2024年10月,新能源汽车产销分别完成146.3万辆和143万辆,同比分别增长48%和49.6%。而结合各家新能源车企所公布的销量数据来看,比亚迪再度夺得了销冠宝座,其10月新能源汽车销量达到了502657辆,同比增长66.53%。众所周知,比亚迪是新能源汽车领域的重要参与者,其一举一动向来为外界所关注。日前,比亚迪汽车旗下品牌方程豹汽车推出了新车方程豹豹8,该款车型一上市就迅速吸引了消费者的目光,成为SUV
    刘旷 2024-12-02 09:32 131浏览
我要评论
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