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諧振器和振蕩器的差異及優(yōu)缺點的分析
摘要: 時常會把諧振器和振蕩器搞混。經歷了一些時間的對比,大概整理一下。我們習慣稱晶振,這個講法其實很模糊。這里把有源的稱為振蕩器,無源的稱為諧振器。
Abstract:
Key words :

  時常會把諧振器振蕩器搞混。經歷了一些時間的對比,大概整理一下。我們習慣稱晶振,這個講法其實很模糊。這里把有源的稱為振蕩器,無源的稱為諧振器。

  諧振器【RESONATOR】

  產生諧振頻率的電子元件,它是典型的無源器件,需要外圍電路驅動其工作,產生時鐘輸出。

  振蕩器【OSCILLATOR】

  是一種能量轉換裝置——將直流電能轉換為具有一定頻率的交流電能,其構成的電路叫振蕩電路, 振蕩器是有源器件,振蕩器比諧振器多了一個控制電路。

  圖中從左到右依次為:晶體諧振器,陶瓷諧振器,晶體振蕩器,硅振蕩器。

  

  晶體諧振器【QUARTZ CRYSTAL UNITS】【CRYSTAL】

  石英晶體俗稱水晶,成分SIO2,是重要的壓電材料,其主要特征是其原子或分子有規(guī)律排列,反映在宏觀上是外形的對稱性。在電場的作用下,晶體內部產生應力 而形變,從而產生機械振動,獲得特定的頻率,利用它的這種逆壓電效應特性來制造石英晶體諧振器。石英由于具備天然的高品質因子“Q”,這使得晶體能在整個 工作溫度和電壓范圍內都保持很高的精確度和頻率穩(wěn)定性。

  

  優(yōu)點:信號電平是可變的,也就是說是根據起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時鐘信號電壓要求的片子,而且價格通常也較低。晶體諧振器的精度為1PPM(百萬分之一)至100PPM。

  缺 點:晶體諧振器是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號,自身無法振蕩起來。晶體諧振器相對于晶體振蕩器而言其缺陷是信號質量較 差,通常需要精確匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。

  晶體諧振器有一些等效參數(shù),不同的使用環(huán)境可能會有不同的要求,選用時還要考慮環(huán)境溫度、負載電容、頻率精度等要求,這就要求外圍振蕩電路的參數(shù)要加一些控制才能輸出穩(wěn)定的頻率。

  時常會把諧振器和振蕩器搞混。經歷了一些時間的對比,大概整理一下。我們習慣稱晶振,這個講法其實很模糊。這里把有源的稱為振蕩器,無源的稱為諧振器。

  諧振器【RESONATOR】

  產生諧振頻率的電子元件,它是典型的無源器件,需要外圍電路驅動其工作,產生時鐘輸出。

  振蕩器【OSCILLATOR】

  是一種能量轉換裝置——將直流電能轉換為具有一定頻率的交流電能,其構成的電路叫振蕩電路, 振蕩器是有源器件,振蕩器比諧振器多了一個控制電路。

  圖中從左到右依次為:晶體諧振器,陶瓷諧振器,晶體振蕩器,硅振蕩器。

  

  晶體諧振器【QUARTZ CRYSTAL UNITS】【CRYSTAL】

  石英晶體俗稱水晶,成分SIO2,是重要的壓電材料,其主要特征是其原子或分子有規(guī)律排列,反映在宏觀上是外形的對稱性。在電場的作用下,晶體內部產生應力 而形變,從而產生機械振動,獲得特定的頻率,利用它的這種逆壓電效應特性來制造石英晶體諧振器。石英由于具備天然的高品質因子“Q”,這使得晶體能在整個 工作溫度和電壓范圍內都保持很高的精確度和頻率穩(wěn)定性。

  

  優(yōu)點:信號電平是可變的,也就是說是根據起振電路來決定的,同樣的晶體可以適用于多種電壓,可用于多種不同時鐘信號電壓要求的片子,而且價格通常也較低。晶體諧振器的精度為1PPM(百萬分之一)至100PPM。

  缺 點:晶體諧振器是有2個引腳的無極性元件,需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號,自身無法振蕩起來。晶體諧振器相對于晶體振蕩器而言其缺陷是信號質量較 差,通常需要精確匹配外圍電路(用于信號匹配的電容、電感、電阻等),更換不同頻率的晶體時周邊配置電路需要做相應的調整。

  晶體諧振器有一些等效參數(shù),不同的使用環(huán)境可能會有不同的要求,選用時還要考慮環(huán)境溫度、負載電容、頻率精度等要求,這就要求外圍振蕩電路的參數(shù)要加一些控制才能輸出穩(wěn)定的頻率。

  陶瓷諧振器【CERAMIC RESONATOR】

  陶瓷諧振器是一種用于在特定頻率產生振蕩的壓電式陶瓷設備。制造這種設備所用的材料在生產過程期間會激發(fā)諧振特性。由于這種諧振特性是處于生產誤差范圍內 的,并且它的品質因數(shù)遠遠低于石英的品質因數(shù),因此陶瓷諧振器所能提供的頻率穩(wěn)定性不如晶體諧振器。通常陶瓷諧振器用于對成本較低且對性能要求不高的場合。

  優(yōu)點:同晶體相比,陶瓷諧振器的成本只有晶體的一半并且尺寸較小。

  缺點:同晶體相比,欠缺頻率和溫度穩(wěn)定性。其精度較差,大概在1%至0.1%之間。

  綜 述:陶瓷諧振器的典型初始精度在0.5%至0.1%范圍內,老化或溫度變化所致的漂移可能改變這一精度范圍。廉價陶瓷諧振器的公差只有±1.1%,較高端 的汽車精度則分別為±0.25%和±0.3%。未來的應用在于汽車CAN(控制器局域網絡)總線應用,工作溫度為-40°C至+125°C。頻率為200 KHZ至約1 GHZ的低成本陶瓷諧振器適用于對時序要求不嚴格的嵌入系統(tǒng)。陶瓷器件起動較快,一般體積小于石英器件。它們也更能承受沖擊與振動。

  所有諧振元件對比:

  

  晶體振蕩器【CRYSTAL OSCILLATOR】

  晶體振蕩器的振蕩頻率受石英晶體控制,它是典型的有源器件,自身就有內置電路,提供較穩(wěn)定的時鐘輸出。晶體振蕩器一般有4只引腳,1-NC 、2-GND 、3-OUT、 4-VCC,它是一個完整的振蕩器,其中除了石英晶體外,還有晶體管和阻容元件。

  

  優(yōu)點:晶體振蕩器信號質量好,比較穩(wěn)定,而且連接方式相對簡單(主要是做好電源濾波,通常使用一個電容和電感構成的PI型濾波網絡,輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可),不需要復雜的配置電路。對于時序要求敏感的應用,晶體振蕩器的性能相對較好。

  缺點:相對于晶體諧振器,晶體振蕩器的缺陷是其信號電平是固定的,需要選擇好合適輸出電平,靈活性較差,而且價格高。另外石英振蕩器要花較長的起動時間。

  體積:晶體振蕩器相比于無源晶體通常體積較大,隨著工藝的改善,現(xiàn)在有的晶體振蕩器是表貼的,體積和晶體諧振器相當。

  硅振蕩器

  硅振蕩器,這種完全集成的振蕩元件是最簡單的時鐘源。這些器件可產生規(guī)定頻率的方波,可直接送入單片機的時鐘輸入。硅振蕩器并不依賴于機械共振特性來獲得振 蕩頻率,而是基于一個內部的RC時間常數(shù)。這樣的設計使硅器件對于外部機械作用不敏感。與傳統(tǒng)振蕩器不同的是,沒有裸露在外的高阻抗節(jié)點,這樣使硅振蕩器 可以承受更大的濕度和EMI影響。硅振蕩器不需要嚴格匹配的定時元件和線路板走線。

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