谐振器和振荡器的差异分析

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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。

  

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。

  

晶体谐振器外形图

 

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。

 

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