石英晶振按屬性可劃分為石英晶體振蕩器(有源晶振)和石英晶體諧振器(無源晶振)。
有源晶振 = 無源晶體+邏輯電路。有源晶振自身是一個完整的振蕩器,有4只引腳分別為 VCC(接電壓)、GND(接地)、OUT(時鐘信號輸出)、NC(懸空)。有源晶振精密度和穩定性高于無源晶振,振蕩器內部本身除了有加工過的壓電石英晶片外,還要有源振蕩器IC,以及電阻兩顆,電容兩顆,有些會有一顆三級穩壓管等原件。
無源晶振結構相對簡單,主要由按照一定形狀切割后的石英晶片和兩個電極板組成,其自身無法振蕩,需要電容電阻等元器件起振。無源晶振通常只有兩個腳是功能腳,其余引腳并無功能性。無源晶振具有信號電平可變、低成本、低功耗等優勢,應用場景十分豐富。
有源晶振VS無源晶振
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有源晶振 |
無源晶振 |
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電路連接 |
不需要復雜的配置電路。信號電平固定,靈活性較差 |
通常需要精確匹配外圍電路,可適用于多種電壓 |
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引腳數量 |
4pin |
2-4pin |
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精度誤差 |
TCXO 晶振的最高精度可達到0.1ppm |
貼片晶振最高精度可達到 10ppm |
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成本價格 |
≥1.5 元(不同類型差距較大) |
0.2-4.2元(SMD)(尺寸影響較大) |
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體積規格 |
≥1.6mmx1.2mm |
≥1.2mm x1.0mm |
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應用場景 |
消費電子、5G 通信、GPS 等對精度要求較高的領域 |
消費電子、家用電器、安防等領域 |
無源晶振按封裝形式進一步分為SMD無源貼片晶振和 DIP無源直插晶振
貼片晶振主要采用先進的晶片的拋光工藝技術,使晶片表面更光潔,平行度及平面度更好,大大地降低諧振電阻,精度得到了很大的提升;同時,SMD 晶振體積小巧,適用于對尺寸要求較高的應用場景,比如智能手機、無線藍牙、平板電腦等電子數碼產品。
DIP 晶體諧振器最常見的頻率為 32.768KHz,產品普遍存在的尺寸有 3x8mm、2x6mm,體積略大于貼片晶振。此類產品通常應用于鐘表、平板電腦、微型計算機、計算器、家電自動控制和工業自動控制等領域,上述終端產品給微型元器件提供的安裝空間相對充裕。
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SMD無源貼片晶振 |
DIP無源直插晶振 |
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類型 |
TF型、AT型、BT型、SAW型 |
TF型、AT型、BT型 |
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產品型號 |
外殼和基座為長方形,以底座外形長寬尺寸確定型號: KHz:3215/2012/1610 MHz:3225/2520/2016/1612
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以圓柱底面直徑和高度確定型號:2x6、3x8、49S/U等 |
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性能 |
KHz:計時、時間控制、頻率信號 MHz:提供頻率配套、穩頻輸出的功能
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KHz:計時、時間控制、頻率信號 MHz:提供頻率配套、穩頻輸出的功能
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主要原材料 |
水晶、基座、上蓋、導電膠 |
水晶、基座、外殼等 |
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生產工藝 |
晶片為長方形、調頻工藝相對成熟、光刻鍍膜難度高、封裝技術門檻高 |
音叉形狀切割工藝、調頻技術難度高 |
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主要設備 |
切割機、研磨機、光刻機/濺射機、點膠機、調頻機、封焊機、成品分選測試機 |
切割機、研磨機、被銀機、自動調頻機、燒結設備、自動焊接爐、壓封機、成品分選機及測試設備 |
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設備來源 |
市場可供應成套設備,日本、中國臺灣設備技術成熟。國內晶體諧振器廠商核心設備主要依靠外購 |
市場上設備來源較少,日本廠商自主研發;國內設備市場供應集中在成品分選設備,其他設備以晶體諧振器廠商自主研發、集成研制為主 |
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應用場景 |
消費類電子、移動終端、網絡設備等產品的頻率配套、穩頻輸出的功能 |
消費類電子、小型電子類產品、移動終端、網絡設備等產品的計時系統 |
DIP 晶體諧振器最常見的頻率為 32.768KHz,產品普遍存在的尺寸有 3x8mm、2x6mm,體積略大于貼片晶振。此類產品通常應用于鐘表、平板電腦、微型計算機、計算器、家電自動控制和工業自動控制等領域,上述終端產品給微型元器件提供的安裝空間相對充裕。
有源晶振根據國際電工委員會(IEC)標準可分為 4 類:普通晶體振蕩器、電壓控制式晶體振蕩器(VCXO)、溫度補償式晶體振蕩(TCXO)和恒溫控制式晶體振蕩(OCXO)。
普通晶體振蕩器(SPXO):是最基本的有源類型,其穩定性完全由石英晶體固有特性決定。其性能與其它無源諧振器相比有了提升:即使是尺寸為 2.5mmx2.0mm 的晶振,在環境溫度為-45℃至 105℃區間,也可實現±50ppm 的穩定性。
電壓控制晶振(VCXO):壓控晶振中常使用 AT 切石英諧振器,通過在振蕩回路中引入一個可調元件,來實現振蕩頻率隨壓控電壓調節的功能。可調元件通常為變容二極管,通過外加電壓使變容管的電容值發生改變,進而使諧振回路的諧振頻率隨之變化,達到壓控的目的。
溫度補償晶振(TCXO):如果固有頻率與石英晶體的溫度穩定性不能滿足應用要求,可以采用溫度補償晶振。通過改變振蕩回路中的負載電容,使其隨溫度變化來抵消因溫度環境而產生的頻率漂移。TCXO 的精度誤差可控制在±0.5ppm 至±2ppm。
恒溫控制晶振(OCXO):具有烤腔的振蕩器將晶體加熱到高溫,這樣以來即使環境溫度發生改變,晶體的溫度也保持穩定。OCXO 的頻率偏差可低至 0.025ppm。而這種穩定性的提升是以增加功耗為代價的,典型的 OCXO 可能需要 0.5 到 5W 的功率來維持內部溫度。
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