
一、有源晶振與無源晶振的比較
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無源晶振:就是一個晶體,本身不能振蕩,依靠配合其他IC內部振蕩電路工作。
有源晶振:晶體+振蕩電路,封裝在一起。給他供上電源,就有波形輸出。
1、無源晶體——無源晶體需要用DSP片內的振蕩器,在datasheet上有建議的連接方法。無源晶體沒有電壓的問題,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DSP,而且價格通常也較低,因此對于一般的應用如果條件許可建議用晶體,這尤其適合于產品線豐富批量大的生產者。無源晶體相對于晶振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。建議采用精度較高的石英晶體,盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。
2、有源晶振——有源晶振不需要DSP的內部振蕩器,信號質量好,比較穩定,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。有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。相對于無源晶體,有源晶振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。對于時序要求敏感的應用,個人認為還是有源的晶振好,因為可以選用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補償晶振。有些DSP內部沒有起振電路,只能使用有源的晶振,如TI的6000系列等。有源晶振相比于無源晶體通常體積較大,但現在許多有源晶振是表貼的,體積和晶體相當,有的甚至比許多晶體還要小。
幾點注意事項:
1、需要倍頻的DSP需要配置好PLL周邊配置電路,主要是隔離和濾波;
2、20MHz以下的晶體晶振基本上都是基頻的器件,穩定度好,20MHz以上的大多是諧波的(如3次諧波、5次諧波等等),穩定度差,因此強烈建議使用低頻的器件,畢竟倍頻用的PLL電路需要的周邊配置主要是電容、電阻、電感,其穩定度和價格方面遠遠好于晶體晶振器件;
3、時鐘信號走線長度盡可能短,線寬盡可能大,與其它印制線間距盡可能大,緊靠器件布局布線,必要時可以走內層,以及用地線包圍;
4、通過背板從外部引入時鐘信號時有特殊的設計要求,需要詳細參考相關的資料。
此外還要做一些說明:
總體來說晶振的穩定度等方面好于晶體,尤其是精密測量等領域,絕大多數用的都是高檔的晶振,這樣就可以把各種補償技術集成在一起,減少了設計的復雜性。試想,如果采用晶體,然后自己設計波形整形、抗干擾、溫度補償,那樣的話設計的復雜性將是什么樣的呢?我們這里設計射頻電路等對時鐘要求高的場合,就是采用高精度溫補晶振的,工業級的要好幾百元一個。
特殊領域的應用如果找不到合適的晶振,也就是說設計的復雜性超出了市場上成品晶振水平,就必須自己設計了,這種情況下就要選用晶體了,不過這些晶體肯定不是市場上的普通晶體,而是特殊的高端晶體,如紅寶石晶體等等。
更高要求的領域情況更特殊,我們這里在高精度測試時采用的時鐘甚至是原子鐘、銣鐘等設備提供的,通過專用的射頻接插件連接,是個大型設備,相當笨重?...?...
1.有源晶振與無源晶振的區別
無源晶振為crystal(晶體)無源晶振是有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;
有源晶振則叫做oscillator(振蕩器)。有源晶振有4只引腳,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,因此體積較大。
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2.無源晶振和有源晶振的優缺點?????
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無源晶體相對于晶振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。建議采用精度較高的石英晶體,盡可能不要采用精度低的陶瓷警惕。
相對于無源晶體,有源晶振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。對于時序要求敏感的應用,個人認為還是有源的晶振好,因為可以選用比較精密的晶振,甚至是高檔的溫度補償晶振。
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二、有源晶振的管腳
無源晶振兩個管腳可以任意。
有源晶振根據封裝不同,管教排列不同(打點的為“1腳”,逆時鐘看)
有個點標記的為1腳,按逆時針(管腳向下)分別為2、3、4。
有源晶振通常的用法:一腳懸空,二腳接地,三腳接輸出,四腳接電壓。
方形有源晶振引腳分布:
1、正方的,使用DIP-8封裝,打點的是1腳。???
1-NC;?4-GND;?5-Output;?8-VCC
2、長方的,使用DIP-14封裝,打點的是1腳。???
1-NC;?7-GND;?8-Output;?14-VCC?
BTW:
1、電源有兩種,一種是TTL,只能用5V,一種是HC的,可以3.3V/5V
2、邊沿有一個是尖角,三個圓角,尖角的是一腳,和打點一致。
Vcc??????out??
NC(點)????GND??
三、有源晶振內部結構




可以看到有源晶振 = 普通晶振 + 邏輯電路??
四、有源晶振的輸出波形
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無源晶振輸出正弦波。
有源晶振輸出正弦波或方波。
如果有源晶振把整形電路做在有源晶振里面了的話,輸出就是方波,但很多時候在示波器上看到的還是波形不太好的正弦波,這是由于示波器的帶寬不夠,好像有源晶振20MHz,如果用40MHz或60MHz的示波器測量,顯示的是正弦波,這是由于方波的傅里葉分解為基頻和奇次諧波的疊加,帶寬不夠的話,就只剩下基頻20MHz和60MHz的諧波,所以顯示正弦波。完美的再現方波需要至少10倍的帶寬,5倍的帶寬只能算是勉強,所以需要至少100M的示波器。
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五、有源晶振的典型電路

如上圖,為有源晶振EMC標準設計電路,如果對EMC要求不高,可以去掉L1,及C1。只保留電源輸入端的去耦電容,取0.1uf即可,輸出端保留輸出電阻,約10到27歐姆。
說明:
1.電源端磁珠L1與電容C2,C3構成lc濾波電路。
2.關于輸出端串聯的電阻的作用。
串電阻是為了減小反射波,避免反射波疊加引起過沖。有時,不同批次的板子特性不一樣,留個電阻位置便于調整板子狀態到最佳。如無必要串電阻,就用0歐電阻連接。
具體作用如下:
1、可以減少諧波,有源晶體輸出的是方波,這將引起諧波干擾,尤其是阻抗嚴重不匹配的情況下,加上電阻后,該電阻將與輸入電容構成RC積分平滑電路,將方波轉換為近似正弦波,雖然信號的完整性受到一定影響,但由于該信號還要經過后級放大、整形后才作為時鐘信號,因此,性能并不受影響,該電阻的大小需要根據輸入端的阻抗、輸入等效電容,有源晶體的輸出阻抗等因素選擇。
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2、可以進行阻抗匹配,減小回波干擾及導致的信號過沖。我們知道,只要阻抗不匹配,都會產生信號反射,即回波,有源晶體的輸出阻抗通常都很低,一般在幾百歐以下,而信號源的輸入端在芯片內部結構上通常是運放的輸入端,由芯片的內部電路與外部的無源石英晶體構成諧振電路(使用有源晶體后就不需要這個晶體了),這個運放的輸出阻抗都在兆歐以上。
一般這個輸出電阻可以串27歐姆左右。
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