晶振

发布时间：2023-05-04 14:50
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：1982

　　晶振是晶体振荡器的简称。它用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

　　石英晶体谐振器，简称石英晶体或晶振，是利用石英晶体（又称水晶）的压电效应，用来产生高精度振荡频率的一种电子元件，属于被动元件。该元件主要由石英晶片、基座、外壳、银胶、银等成分组成。根据引线状况可分为直插（有引线）与表面贴装（无引线）两种类型。当前常见的主要封装型号有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5与SMD。压电效应：对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系。这种现象称为压电效应。作用：提供系统振荡脉冲，稳定频率，选择频率。


晶振分类

　　按制作材料，可分为石英晶振和陶瓷晶振。

　　按外形，可分为长方形晶振、圆柱形晶振、椭圆形晶振。

　　按应用特性，可分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。

　　按负载电容特性，可分为低负载电容型晶振和高负载电容型晶振。

　　按谐振频率精度，可分为高精度型晶振、中精度型晶振及普通型晶振。

　　按封装形式，可分为玻璃真空密封型晶振、金属壳封装型晶振、陶瓷封装型及塑料壳封装型晶振。

　　电视机应用的晶振，还可按功能电路分类为遥控器、行振荡电路、微处理电路、副载波电路、多制式伴音电路使用的晶振。

　　电子钟表应用的晶振，可按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。音叉型晶振为细圆柱外形，圆薄片型晶振为扁长方形外型。

　　按晶振的功能和实现技术的不同，可以将晶振分为温度补偿晶体振荡器(TCXO)、压控晶体振荡器(VCXO)、普通晶体振荡器(SPXO)、恒温晶体振荡器(OCXO)。

晶振用途

　　移动电子设备：智能手机、ipad、移动pos机、笔记本电脑、照相机、摄像机、耳机、音响等。

　　医疗设备：x射线诊断设备、超声诊断设备、功能检查设备、内窥镜检查设备、核医学设备、实验诊断设备及病理诊断装备等。

　　通讯网络：通信网络通常分有线和无线通信。有线通信涵盖的技术领域包括：光输网络、数据处理、连接功能等。无线网络涵盖的技术领域通包括基带、连接口、无线电等。

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　　晶体振荡器(晶振)是电子设备中常用的元件，用于产生稳定的时钟信号。然而，有时晶振可能会出现不起振的情况，导致设备无法正常工作。本文AMEYA360将探讨晶振不起振的常见原因以及相应的解决方法。　　1.晶振不起振的常见原因　　1.1 连接问题：晶振的引脚连接不良、焊接问题或者连线长度过长都可能导致晶振不起振。　　1.2 环境问题：环境温度变化大、湿度过高或受到外部电磁干扰都有可能影响晶振的起振。　　1.3 电源问题：电源波动、噪声干扰或供电电压不稳定都可能对晶振的起振造成影响。　　1.4 晶片问题：晶振芯片损坏、老化或质量问题也可能导致晶振不起振。　　2.晶振不起振的解决办法　　2.1 检查连接：首先应检查晶振与周围电路的连接情况，保证焊接良好、引脚接触紧密，避免连接问题导致不起振。　　2.2 调整环境：保持工作环境稳定，避免温度过高或过低、湿度过大、电磁干扰等情况对晶振起振的影响。　　2.3 优化电源：确保给晶振提供稳定、干净的电源，避免电源问题影响晶振的正常工作。　　2.4 更换晶片：如果经过排除其他原因仍未解决问题，可能需要考虑更换晶振芯片，选择质量可靠的新晶片来替代可能损坏或老化的晶片。　　3.晶振不起振的调试技巧　　3.1 使用示波器：通过示波器观察晶振输出波形，判断晶振是否起振，排除信号输出问题。　　3.2 频率计测量：使用频率计测量晶振输出频率，判断晶振是否在正常范围内工作。　　3.3 接地处理：合理设计、布局接地，避免接地问题影响晶振的正常起振。　　4.晶振不起振的预防措施　　4.1 选用品质好的晶振：选择知名品牌、优质可靠的晶振产品，降低因晶片质量问题导致不起振的风险。　　4.2 严格控制焊接工艺：在生产过程中严格控制焊接工艺，确保晶振与电路板连接牢固可靠。　　4.3 设备维护：定期检查设备，保持设备清洁、通风良好，避免灰尘、潮湿等环境因素影响晶振的工作。
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　　首先要清楚的一件事情是：晶振分为无源晶振与有源晶振两大类。　　基于这两类晶振的内部结构与工作原理的差异，晶振被烧坏的情况也要分为两大类：　　针对无源晶振被烧坏的情况有以下两点：　　1、手焊操作不当　　假如利用高温或长时间对导脚部位进行加热，会导致晶振内部晶片镀银层破坏，电阻超差等问题，引发晶振不起振。　　2、激励功率过大　　根据应用领域的不同，选择合适激励功率的晶振，切不可只为了改变晶振的输出频率，任意改变电路输入给晶振的激励功率的大小。因为电路提供的激励功率过大可能会导致石英晶片振幅变大，因此过多的热量产生导致石英晶片振动区域的温度升高。石英晶片本身则产生梯度性温度攀升，直接破坏频率稳定度。由于晶片机械性变形程度可能会超出弹性极限，造成晶格不可恢复性的位移，造成晶振输出频率永久性频偏。更严重的情况下，石英晶片振碎，导致晶振彻底不起振(停振)，也就是我们所说的“烧坏”。造成等效电阻变大(注：一般晶振电阻值为10~100Ω)，影响晶振起振，严重情况下造成晶振停振。激励功率过大，还可能导致导致固着晶片与基座的导电胶受损，比如断裂，后果是造成晶振内部电路断路、晶振停振。　　在无源晶振的电路应用中，加在晶振两端的电压很低，因此无源晶振被烧坏的情况极少。而该类事故却更多发生在有源晶振的不当应用上，因此需要引起特别关注。　　针对有源晶振被烧坏的情况也分为以下两点：　　1、电压输入接错方向　　石英晶体振荡器通常用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。　　电压正确接法：必须把电压输入接到晶振的电压输入脚(VCC)。若错接到接地脚，晶振就会被电流 “烧坏”。　　2、输入电压参数选错　　一般输入电压：1.8V、2.8V、 3.3V、5V。如果把5V供给额定电压为1.8V的有源晶振，就会带来晶振被烧坏的高风险。　　如下图所示：　　有源晶振2.048MHz被烧坏案例　　有源晶振2.048MHz在焊接前，各项电气参数正常。在焊接后，发生停振现象。　　针对该晶振开盖检验，发现晶片电极面、IC无异常，金线表现为明显的熔断结球现象，从而造成电路断路。　　分析为该颗有源晶振通电后受到超出自身负荷的电压及电流导致金线熔断,电路出现断路现象，造成晶振停振。后续经核实，证明确实如此。　　针对有源晶振的特别提醒：有源晶振只有被输入了超负荷高压电源才会被击穿。切勿输入电压接错或接反。
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　　晶振(Crystal Oscillator)是一种利用晶体的谐振频率作为稳定的振荡源的电子元器件。晶振在电子工程领域中起着至关重要的作用，广泛应用于计算机、通信设备、射频系统、精密仪器等各种电子产品中。　　1.什么是晶振　　晶振是一种通过外加电场或电压来使晶体产生机械振动，进而产生谐振信号输出的被动元器件。它由晶体谐振器件和放大器构成，可提供高度稳定的时钟信号。晶振的频率稳定性远优于传统的 LC 振荡器，因此被广泛应用于需要高精度时钟信号的领域。　　2.晶振的分类　　根据晶体结构和振荡模式的不同，晶振可以分为以下几种主要类型：　　石英晶振：是最常见的晶振之一，利用石英晶体的振荡特性来产生稳定的振荡频率。石英晶振具有高稳定性、低温漂移和低相位噪声的优点，适用于需要高精度时钟信号的应用。　　陶瓷晶振：采用陶瓷材料代替石英作为振荡元件，具有体积小、成本低的优势。然而，相对于石英晶振，陶瓷晶振的频率稳定性和温度特性可能较差。　　表面声波晶振：表面声波晶振利用表面声波的传播特性来实现振荡，适用于一些低功耗、小型化的应用。它的频率稳定性较好，但输出功率较低。　　滤波晶振：滤波晶振结合了晶振和滤波器的功能，不仅可以提供稳定的时钟信号，还能过滤掉输入信号中的干扰成分，保证输出信号的纯净性。　　温度补偿晶振：TCXO 是通过在晶振中引入温度传感器和温度补偿电路来抵消温度变化对频率稳定性的影响。它在环境温度变化较大的情况下能够保持较高的频率稳定性。　　3.各类晶振之间的区别　　稳定性：石英晶振的频率稳定性通常比其他类型的晶振更高。　　成本：陶瓷晶振相对便宜，适用于一些对成本要求较低的应用。　　体积：表面声波晶振和滤波晶振通常体积较小，适合于紧凑空间的设计。　　功耗：表面声波晶振通常具有较低的功耗，适合于一些对功耗要求严格的应用场景。　　温度特性：TCXO在温度变化下具有更好的频率稳定性，能够保持较高的精度。　　频率范围：不同类型的晶振在频率范围上可能有所不同，选择适合的晶振类型取决于具体应用需求。　　选择适合的晶振类型需要综合考虑频率稳定性、成本、功耗、体积和温度特性等因素。不同类型的晶振各有优劣，并且适用于不同的应用场景。　　晶振作为电子领域中一种关键的被动元器件，为各种电子产品提供了稳定的时钟信号。通过深入了解晶振的原理和不同类型之间的区别，可以更好地选择适合特定应用需求的晶振类型，从而确保电子产品的性能和稳定性。
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