有源晶振与无源晶振的不同点和作用
来源:http://www.jinluodz.com 作者:jinluodz 2014年06月18
石英晶体振荡器简称晶振,英文名为Crystal,它是时钟电路中最重要的部件,作用是向显卡、网卡、主板等配件的各部分提供基准频率。它可以像个标尺,工作频率不稳定会造成相关设备工作频率不稳定,自然容易出问题。由于制造工艺不断提高,现在晶振的频率偏差、温度稳定性、老化率、密封性等重要技术指标都很好,已不容易出现故障,但在选用时仍可留意一下晶振的质量。
由于石英晶体振荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力,所以石英晶体振荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。它的应用范围相对来说也是比较广的,质量等级、频率精度差别也是很大的。通讯系统使用的信号源内部配件绝大部分也是用石英晶体振荡器。
有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶振外,还有晶体管和阻容元件不需要DSP片内部振荡器,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P1型滤波网络,输出端用一个小阻值过滤信号即可),不需要复杂配置。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。
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。需要用DSP片内部振荡器,无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说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,而且价格通常也很低,因此对于一般的应用如果条件许可建议使用晶体,尤其适合产品线丰富批量大的生产者。
如果有电路就用无源,否则就用有源。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,灵活性比较差而且价格高。
微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的钟源,如晶振,陶瓷谐振器槽路:RC(电阻、电容)振荡器,一种是皮尔斯振荡器配置,适用于晶振和陶瓷谐振槽路,另一种为简单的分立RC振荡器。基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数,RC振荡器能够快速启动,成本也比较低,但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差,会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响,需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局,在使用时,陶瓷谐振槽路相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感,但在过驱动时容易产生频率漂移(甚至可能损坏),影响振荡器工作的环境因素有:电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化,增加不稳定性,并且在有些情况下,还会造成振荡器停振。
上面大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免,这些模块自带振荡器,提供低阻方波输出,并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是石英晶振模块和集成RC振荡器(硅振荡器)。晶振模块提供与分立晶振相同的精度,硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高,多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。
选择振荡器时还需要考虑功耗,分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定,CMOS放大器功耗与工作频率成正比,可以表示为功率耗散电容值。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容,相应地也需要更多的电流。在特定的应用场合优化时钟源需要综合考虑以下因素:精度、成本、功耗以及环境需求。
由于石英晶体振荡器具有非常好的频率稳定性和抗外界干扰的能力,所以石英晶体振荡器是用来产生基准频率的。通过基准频率来控制电路中的频率的准确性。它的应用范围相对来说也是比较广的,质量等级、频率精度差别也是很大的。通讯系统使用的信号源内部配件绝大部分也是用石英晶体振荡器。
有源晶振有4只引脚,是一个完整的振荡器,其中除了石英晶振外,还有晶体管和阻容元件不需要DSP片内部振荡器,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P1型滤波网络,输出端用一个小阻值过滤信号即可),不需要复杂配置。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。
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。需要用DSP片内部振荡器,无源晶体没有电压的问题,信号电平是可变的,也就是说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,而且价格通常也很低,因此对于一般的应用如果条件许可建议使用晶体,尤其适合产品线丰富批量大的生产者。
如果有电路就用无源,否则就用有源。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,灵活性比较差而且价格高。
微控制器的时钟源可以分为两类:基于机械谐振器件的钟源,如晶振,陶瓷谐振器槽路:RC(电阻、电容)振荡器,一种是皮尔斯振荡器配置,适用于晶振和陶瓷谐振槽路,另一种为简单的分立RC振荡器。基于晶振与陶瓷谐振槽路的振荡器通常能提供非常高的初始精度和较低的温度系数,RC振荡器能够快速启动,成本也比较低,但通常在整个温度和工作电源电压范围内精度较差,会在标称输出频率的5%至50%范围内变化。但其性能受环境条件和电路元件选择的影响,需认真对待振荡器电路的元件选择和线路板布局,在使用时,陶瓷谐振槽路相应的负载电容必须根据特定的逻辑系列进行优化。具有高Q值的晶振对放大器的选择并不敏感,但在过驱动时容易产生频率漂移(甚至可能损坏),影响振荡器工作的环境因素有:电磁干扰(EMI)、机械震动与冲击、湿度和温度。这些因素会增大输出频率的变化,增加不稳定性,并且在有些情况下,还会造成振荡器停振。
上面大部分问题都可以通过使用振荡器模块避免,这些模块自带振荡器,提供低阻方波输出,并且能够在一定条件下保证运行。最常用的两种类型是石英晶振模块和集成RC振荡器(硅振荡器)。晶振模块提供与分立晶振相同的精度,硅振荡器的精度要比分立RC振荡器高,多数情况下能够提供与陶瓷谐振槽路相当的精度。
选择振荡器时还需要考虑功耗,分立振荡器的功耗主要由反馈放大器的电源电流以及电路内部的电容值所决定,CMOS放大器功耗与工作频率成正比,可以表示为功率耗散电容值。陶瓷谐振槽路一般具有较大的负载电容,相应地也需要更多的电流。在特定的应用场合优化时钟源需要综合考虑以下因素:精度、成本、功耗以及环境需求。
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