諧振器和振蕩器的差異分析

時(shí)常會(huì)把諧振器和振蕩器搞混。經(jīng)歷了一些時(shí)間的對(duì)比，大概整理一下。我們習(xí)慣稱(chēng)晶振，這個(gè)講法其實(shí)很模糊。這里把有源的稱(chēng)為振蕩器，無(wú)源的稱(chēng)為諧振器。

　　諧振器【RESONATOR】

　　產(chǎn)生諧振頻率的電子元件，它是典型的無(wú)源器件，需要外圍電路驅(qū)動(dòng)其工作，產(chǎn)生時(shí)鐘輸出。

　　振蕩器【OSCILLATOR】

　　是一種能量轉(zhuǎn)換裝置——將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能，其構(gòu)成的電路叫振蕩電路， 振蕩器是有源器件，振蕩器比諧振器多了一個(gè)控制電路。

　　圖中從左到右依次為：晶體諧振器，陶瓷諧振器，晶體振蕩器，硅振蕩器。

　　晶體諧振器【QUARTZ CRYSTAL UNITS】【CRYSTAL】

　　石英晶體俗稱(chēng)水晶，成分SIO2，是重要的壓電材料，其主要特征是其原子或分子有規(guī)律排列，反映在宏觀上是外形的對(duì)稱(chēng)性。在電場(chǎng)的作用下，晶體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力 而形變，從而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，獲得特定的頻率，利用它的這種逆壓電效應(yīng)特性來(lái)制造石英晶體諧振器。石英由于具備天然的高品質(zhì)因子“Q”，這使得晶體能在整個(gè) 工作溫度和電壓范圍內(nèi)都保持很高的精確度和頻率穩(wěn)定性。

　　優(yōu)點(diǎn)：信號(hào)電平是可變的，也就是說(shuō)是根據(jù)起振電路來(lái)決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號(hào)電壓要求的片子，而且價(jià)格通常也較低。晶體諧振器的精度為1PPM(百萬(wàn)分之一)至100PPM。

　　缺 點(diǎn)：晶體諧振器是有2個(gè)引腳的無(wú)極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無(wú)法振蕩起來(lái)。晶體諧振器相對(duì)于晶體振蕩器而言其缺陷是信號(hào)質(zhì)量較 差，通常需要精確匹配外圍電路(用于信號(hào)匹配的電容、電感、電阻等)，更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應(yīng)的調(diào)整。

　　晶體諧振器有一些等效參數(shù)，不同的使用環(huán)境可能會(huì)有不同的要求，選用時(shí)還要考慮環(huán)境溫度、負(fù)載電容、頻率精度等要求，這就要求外圍振蕩電路的參數(shù)要加一些控制才能輸出穩(wěn)定的頻率。

　　陶瓷諧振器【CERAMIC RESONATOR】

　　陶瓷諧振器是一種用于在特定頻率產(chǎn)生振蕩的壓電式陶瓷設(shè)備。制造這種設(shè)備所用的材料在生產(chǎn)過(guò)程期間會(huì)激發(fā)諧振特性。由于這種諧振特性是處于生產(chǎn)誤差范圍內(nèi) 的，并且它的品質(zhì)因數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石英的品質(zhì)因數(shù)，因此陶瓷諧振器所能提供的頻率穩(wěn)定性不如晶體諧振器。通常陶瓷諧振器用于對(duì)成本較低且對(duì)性能要求不高的場(chǎng)合。

　　優(yōu)點(diǎn)：同晶體相比，陶瓷諧振器的成本只有晶體的一半并且尺寸較小。

　　缺點(diǎn)：同晶體相比，欠缺頻率和溫度穩(wěn)定性。其精度較差，大概在1%至0.1%之間。

　　綜述：陶瓷諧振器的典型初始精度在0.5%至0.1%范圍內(nèi)，老化或溫度變化所致的漂移可能改變這一精度范圍。廉價(jià)陶瓷諧振器的公差只有±1.1%，較高端 的汽車(chē)精度則分別為±0.25%和±0.3%。未來(lái)的應(yīng)用在于汽車(chē)CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線應(yīng)用，工作溫度為-40°C至+125°C。頻率為200 KHZ至約1 GHZ的低成本陶瓷諧振器適用于對(duì)時(shí)序要求不嚴(yán)格的嵌入系統(tǒng)。陶瓷器件起動(dòng)較快，一般體積小于石英器件。它們也更能承受沖擊與振動(dòng)。 所有諧振元件對(duì)比：

　　晶體振蕩器【CRYSTAL OSCILLATOR】

　　晶體

　　優(yōu)點(diǎn)：晶體振蕩器信號(hào)質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，而且連接方式相對(duì)簡(jiǎn)單(主要是做好電源濾波，通常使用一個(gè)電容和電感構(gòu)成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò)，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過(guò)濾信號(hào)即可)，不需要復(fù)雜的配置電路。對(duì)于時(shí)序要求敏感的應(yīng)用，晶體振蕩器的性能相對(duì)較好。

　　缺點(diǎn)：相對(duì)于晶體諧振器，晶體振蕩器的缺陷是其信號(hào)電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價(jià)格高。另外石英振蕩器要花較長(zhǎng)的起動(dòng)時(shí)間。

　　體積：晶體振蕩器相比于無(wú)源晶體通常體積較大，隨著工藝的改善，現(xiàn)在有的晶體振蕩器是表貼的，體積和晶體諧振器相當(dāng)。

　　硅振蕩器

　　硅振蕩器，這種完全集成的振蕩元件是最簡(jiǎn)單的時(shí)鐘源。這些器件可產(chǎn)生規(guī)定頻率的方波，可直接送入單片機(jī)的時(shí)鐘輸入。硅振蕩器并不依賴(lài)于機(jī)械共振特性來(lái)獲得振 蕩頻率，而是基于一個(gè)內(nèi)部的RC時(shí)間常數(shù)。這樣的設(shè)計(jì)使硅器件對(duì)于外部機(jī)械作用不敏感。與傳統(tǒng)振蕩器不同的是，沒(méi)有裸露在外的高阻抗節(jié)點(diǎn)，這樣使硅振蕩器 可以承受更大的濕度和EMI影響。硅振蕩器不需要嚴(yán)格匹配的定時(shí)元件和線路板走線。