谐振器和振荡器的差异分析 - 全文

　　时常会把谐振器和振荡器搞混。经历了一些时间的对比，大概整理一下。我们习惯称晶振，这个讲法其实很模糊。这里把有源的称为振荡器，无源的称为谐振器。

　　谐振器【RESONATOR】

　　产生谐振频率的电子元件，它是典型的无源器件，需要外围电路驱动其工作，产生时钟输出。

　　振荡器【OSCILLATOR】

　　是一种能量转换装置——将直流电能转换为具有一定频率的交流电能，其构成的电路叫振荡电路， 振荡器是有源器件，振荡器比谐振器多了一个控制电路。

　　图中从左到右依次为：晶体谐振器，陶瓷谐振器，晶体振荡器，硅振荡器。

　　

 

　　晶体谐振器【QUARTZ CRYSTAL UNITS】【CRYSTAL】

　　石英晶体俗称水晶，成分SIO2，是重要的压电材料，其主要特征是其原子或分子有规律排列，反映在宏观上是外形的对称性。在电场的作用下，晶体内部产生应力 而形变，从而产生机械振动，获得特定的频率，利用它的这种逆压电效应特性来制造石英晶体谐振器。石英由于具备天然的高品质因子“Q”，这使得晶体能在整个 工作温度和电压范围内都保持很高的精确度和频率稳定性。

　　

 

　　优点：信号电平是可变的，也就是说是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片子，而且价格通常也较低。晶体谐振器的精度为1PPM(百万分之一)至100PPM。

　　缺 点：晶体谐振器是有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。晶体谐振器相对于晶体振荡器而言其缺陷是信号质量较 差，通常需要精确匹配外围电路(用于信号匹配的电容、电感、电阻等)，更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。

　　晶体谐振器有一些等效参数，不同的使用环境可能会有不同的要求，选用时还要考虑环境温度、负载电容、频率精度等要求，这就要求外围振荡电路的参数要加一些控制才能输出稳定的频率。

　　陶瓷谐振器【CERAMIC RESONATOR】

　　陶瓷谐振器是一种用于在特定频率产生振荡的压电式陶瓷设备。制造这种设备所用的材料在生产过程期间会激发谐振特性。由于这种谐振特性是处于生产误差范围内 的，并且它的品质因数远远低于石英的品质因数，因此陶瓷谐振器所能提供的频率稳定性不如晶体谐振器。通常陶瓷谐振器用于对成本较低且对性能要求不高的场合。

　　优点：同晶体相比，陶瓷谐振器的成本只有晶体的一半并且尺寸较小。

　　缺点：同晶体相比，欠缺频率和温度稳定性。其精度较差，大概在1%至0.1%之间。

　　综述：陶瓷谐振器的典型初始精度在0.5%至0.1%范围内，老化或温度变化所致的漂移可能改变这一精度范围。廉价陶瓷谐振器的公差只有±1.1%，较高端 的汽车精度则分别为±0.25%和±0.3%。未来的应用在于汽车CAN(控制器局域网络)总线应用，工作温度为-40°C至+125°C。频率为200 KHZ至约1 GHZ的低成本陶瓷谐振器适用于对时序要求不严格的嵌入系统。陶瓷器件起动较快，一般体积小于石英器件。它们也更能承受冲击与振动。

　　所有谐振元件对比：

　　

 

　　晶体振荡器【CRYSTAL OSCILLATOR】

　　晶体

　　优点：晶体振荡器信号质量好，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PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可)，不需要复杂的配置电路。对于时序要求敏感的应用，晶体振荡器的性能相对较好。

　　

 

　　缺点：相对于晶体谐振器，晶体振荡器的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。另外石英振荡器要花较长的起动时间。

　　体积：晶体振荡器相比于无源晶体通常体积较大，随着工艺的改善，现在有的晶体振荡器是表贴的，体积和晶体谐振器相当。

　　硅振荡器

　　硅振荡器，这种完全集成的振荡元件是最简单的时钟源。这些器件可产生规定频率的方波，可直接送入单片机的时钟输入。硅振荡器并不依赖于机械共振特性来获得振 荡频率，而是基于一个内部的RC时间常数。这样的设计使硅器件对于外部机械作用不敏感。与传统振荡器不同的是，没有裸露在外的高阻抗节点，这样使硅振荡器 可以承受更大的湿度和EMI影响。硅振荡器不需要严格匹配的定时元件和线路板走线。