谐振器和振荡器的差异及优缺点的分析

2011-01-24 10:03:30来源: 互联网

    时常会把谐振器振荡器搞混。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】

    晶体振荡器的振荡频率受石英晶体控制,它是典型的有源器件,自身就有内置电路,提供较稳定的时钟输出。晶体振荡器一般有4只引脚,1-NC 、2-GND 、3-OUT、 4-VCC,它是一个完整的振荡器,其中除了石英晶体外,还有晶体管和阻容元件。

    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。

关键字:谐振器  振荡器

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0124/article_3052.html
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