一文读懂晶振

晶振，一般指石英晶体振荡器，是利用石英晶体的压电效应制成的一种谐振器件。

石英晶体具有压电效应，若在晶体的两个电极上加上一电场，晶片就会产生机械变形；反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场。

当在晶片的两极上加交变电压时，晶片会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅会明显加大，这种现象称为压电谐振。晶振的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。

从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片，在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

分类；

无源晶振

也称为晶体谐振器，需要用 IC 片内的振荡器。它没有电压的问题，信号电平是可变的，可适用于多种电压，价格通常较低。但无源晶振需要外接电容、电阻等元件来组成振荡电路，起振时间相对较长，并且频率稳定性相对较差。

有源晶振

不需要 IC 的内部振荡器，信号质量好、比较稳定，连接方式相对简单（通常做好电源滤波即可）。有源晶振有电源、地和时钟输出引脚，内部有晶体和振荡电路，频率在出厂时已校准。不过其信号电平是固定的，灵活性较差，而且价格相对较高。

其他特殊类型：如温补晶振（TCXO），通过外围电路对石英晶体的频率进行温度补偿，使其在不同温度下仍能保持较高的频率稳定性；恒温晶振（OCXO），利用恒温槽使石英晶体工作在恒温环境下，具有极高的频率精度和稳定性。

晶振的指标主要包括以下方面：

中心频率

指晶振输出的标准频率值，单位为赫兹（Hz）、千赫兹（kHz）或兆赫兹（MHz）等，常见的如 32.768kHz、12MHz、24MHz 等。该频率是晶振最基本的参数，不同的应用场景会需要不同的中心频率。

频率精度/准确度

在常温（25℃）环境下，晶振输出频率与标称中心频率的偏差。通常用百万分之一（ppm）来表示，数值越小，精度越高。例如，±10ppm 的晶振意味着其输出频率与标称频率的偏差在百万分之十以内。

频率稳定度

衡量晶振输出频率在工作过程中因温度、电压、负载等因素变化而产生的频率波动大小。也是用 ppm 来表示，例如在 - 40℃至 85℃的温度范围内，频率稳定度为 ±50ppm，表示在该温度区间内，晶振的频率相对于标称频率的变化范围在百万分之五十以内。一般来说，温补晶振（TCXO）和恒温晶振（OCXO）的频率稳定度较高。

频率老化率

晶振在长时间使用过程中，输出频率会随着时间的推移而发生缓慢变化，通常以每年百万分之几（ppm / 年）来表示。例如，某晶振的老化率为 ±3ppm / 年，意味着在第一年的常温条件下，其频率相对于初始频率的变化在百万分之三以内。

工作电压

有源晶振需要外部电源供电，工作电压是其正常工作所需的电压值，常见的有 1.8V、2.5V、3.3V、5.0V 等。不同的晶振类型和应用场景可能需要不同的电压。

输出电平

指晶振输出信号的电压幅值或逻辑电平。常见的输出电平类型有 TTL（晶体管 - 晶体管逻辑电平）、CMOS（互补金属氧化物半导体电平）、LVPECL（低电压正射极耦合逻辑电平）、LVDS（低电压差分信号电平）等。不同的输出电平适用于不同的电路和设备，需要根据具体的应用需求进行选择。

功耗

晶振在工作时所消耗的电能，对于一些对功耗要求较高的便携式设备或电池供电设备，晶振的功耗是一个需要关注的指标。

牵引范围（针对压控晶振 VCXO）

压控晶振可以通过改变控制电压来调整输出频率，牵引范围是指输出频率相对于中心频率的可调节范围，通常用 ppm 表示。

工作温度范围

晶振能够正常工作的温度区间，例如常见的工业级晶振工作温度范围为 - 40℃至 85℃，而一些特殊应用场景可能需要更宽或更窄的温度范围。

封装尺寸

晶振的物理封装尺寸，常见的有 HC-49U、SMD3225、SMD5032 等，封装尺寸会影响晶振在电路板上的占用空间以及安装方式，在小型化电子设备中，封装尺寸是一个重要的考虑因素。

相位噪声

是对信号短期频率稳定度的一种度量，反映了晶振输出信号的相位随时间的随机波动程度。相位噪声越低，说明晶振的输出信号越纯净、稳定，对于一些对信号质量要求较高的通信、雷达等系统，相位噪声是一个关键指标。

抖动

从时域角度衡量晶振输出信号的短期频率稳定度，是指信号在某一平均频率附近的微小变化，通常用皮秒（ps）或纳秒（ns）来表示。抖动越小，晶振的性能越好，对于高速数字电路和通信系统等对时钟信号精度要求高的应用，抖动是一个重要的指标。

 

晶振是一种利用石英晶体的压电效应制成的电子元件，在电子设备中具有极其重要的作用。实际系统需要时，根据使用场景以及系统设计需求，选取合适的晶振类型、晶振频率、稳定度等。