晶振一般指晶体振荡器,有一些电子设备需要频率高度稳定的交流信号,而LC振荡器稳定性较差,频率容易漂移(即产生的交流信号频率容易变化)。在振荡器中采用一个特殊的元件——石英晶体,可以产生高度稳定的信号,这种采用石英晶体的振荡器称为晶体振荡器。

 

晶振的作用

(1)晶振用一种能把电能和机械能相du互转化zhi的晶体在共振的状态下工作,以提供稳定,精确的单频振荡。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率,称为压控振荡器(VCO)。

(2)晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。通常一个系统共用一个晶振,便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振,而通过电子调整频率的方法保持同步。

(3)晶振通常与锁相环电路配合使用,以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号,可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

 

晶振结构

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电路符号:晶振是电子电路中最常用的电子元件之一,一般用字母“X”、“G”或“Z”表示,单位为Hz。晶振的图形符号如图所示。

 

晶振电路符号

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工作原理:晶振具有压电效应,即在晶片两极外加电压后晶体会产生变形,反过来如外力使晶片变形,则两极上金属片又会产生电压。如果给晶片加上适当的交变电压,晶片就会产生谐振(谐振频率与石英斜面倾角等有关系,且频率一定)。晶振利用一种能把电能和机械能相互转化的晶体,在共振的状态下工作可以提供稳定、精确的单频振荡。在通常工作条件下,普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。利用该特性,晶振可以提供较稳定的脉冲,广泛应用于微芯片的时钟电路里。晶片多为石英半导体材料,外壳用金属封装。


晶振常与主板、南桥、声卡等电路连接使用。晶振可比喻为各板卡的“心跳”发生器,如果主卡的“心跳”出现问题,必定会使其他各电路出现故障。

 

结构与等效电路:晶振主要是由晶体和外围元器件构成的。下图为晶振的实物外形和内部结构及电路图形符号和等效电路

晶振结构与等效电路

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型号命名与主要参数:

晶振的型号命名:国产晶振型号命名一般由三个部分构成,分别为外壳的形状和材料、石英片的切片型和主要性能及外形尺寸,如图所示。

 

晶振的命名

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第一部分为外壳的形状和材料主。J表示金属壳。
第二部分为石英切片型,用字母表示。F表示为FT切割方式。
第三部分为主要功能和外形尺寸,用数字表示。5.000表示谐振频率为5MHz。
因此JF5.000表示采用F切割方式、金属外壳、谐振频率为5MHz的谐振晶振。


为了方便读者查阅,表1和表2分别列出了晶振外壳的形状和材料字母含义对照表,石英切片型号的表示方法字母含义对照表。


表1 晶振外壳的形状和材料字母含义对照表
表1 晶振外壳的形状和材料字母含义对照表
表2 石英切片型的表示方法字母含义对照表

表2 石英切片型的表示方法字母含义对照表

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晶振的主要参数:晶振的主要参数有标称频率、负载电容、频率精度、频率稳定度等,这些参数决定了晶振的品质和性能。因此,在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振,如通信网络、无线数据传输等系统就需要精度高的晶振。不过,由于性能越高的晶振价格也越贵,所以购买时选择符合要求的晶振即可。


① 标称频率。不同的晶振标称频率不同,标称频率大都标注在晶振外壳上。

 

② 负载电容。负载电容是指晶振的两条引线连接的集成电路(IC)内部及外部所有有效电容之和,可看作晶振片在电路中串接电容。负载电容不同,振荡器的振荡频率不同。但标称频率相同的晶振,负载电容不一定相同。一般来说,有低负载电容(串联谐振晶体)和高负载电容(并联谐振晶体)之分。因此,标称频率相同的晶体互换时还必须要求负载电容一致,不能轻易互换,否则会造成电路工作不正常。


③ 频率准确度。频率准确度是指在标称电源电压、标称负载阻抗、基准温度(25℃)以及其他条件保持不变时,晶体振荡器的频率相对于其规定标称值的最大允许偏差,即(fmax-fmin)/f0。


④ 温度稳定度。温度稳定度是指其他条件保持不变时,在规定温度范围内晶体振荡器输出频率的最大变化量相对于温度范围内输出频率极值之和的允许频偏值,即(fmax-fmin)/(fmax+fmin)。


⑤ 频率调节范围。通过调节晶体振荡器的某可变元件可改变输出频率的范围。


⑥ 负载特性。其他条件保持不变时,负载在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称负载下的输出频率的最大允许频偏。


⑦ 电压特性。其他条件保持不变时,电源电压在规定变化范围内晶体振荡器输出频率相对于标称电源电压下的输出频率的最大允许频偏。


⑧ 杂波。杂波是指输出信号中与主频无谐波(副谐波除外)关系的离散频谱分量与主频的功率比,用dBc表示。


⑨ 谐波。谐波是指谐波分量功率Pi与载波功率P0之比,用dBc表示。


⑩ 日波动。指振荡器经过规定的预热时间后,每隔1h测量一次,连续测量24h,将测试数据按S=(fmax-fmin)/f0计算,得到日波动。