諧振器和振蕩器的差異及優(yōu)缺點的分析

時常會把諧振器和振蕩器搞混。經(jīng)歷了一些時間的對比，大概整理一下。我們習(xí)慣稱晶振，這個講法其實很模糊。這里把有源的稱為振蕩器，無源的稱為諧振器。

諧振器【RESONATOR】

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

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稱性。在電場的作用下,晶體內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力 而形變,從而產(chǎn)生機(jī)械振動,獲得特定的頻率，利用它的這種逆壓電效應(yīng)特性來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 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：信號電平是可變的，也就是說是根據(jù)起振電路來決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時鐘信號電壓要求的片子，而且價格通常也較低。晶體諧振器的精度為1PPM（百萬分之一）至100PPM。

缺 點：晶體諧振器是有2個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來。晶體諧振器相對于晶體振蕩器而言其缺陷是信號質(zhì)量較 差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時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)境可能會有不同的要求，選用時還要考慮環(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)過程期間會激發(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成本較低且對性能要求不高的場合。

優(yōu)點：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：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。廉價陶瓷諧振器的公差只有±1.1%，較高端 的汽車精度則分別為±0.25%和±0.3%。未來的應(yīng)用在于汽車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時序要求不嚴(yán)格的嵌入系統(tǒng)。陶瓷器件起動較快，一般體積小于石英器件。它們也更能承受沖擊與振動。

所有諧振元件對比：

晶體振蕩器【CRYSTAL OSCILLATOR】

晶體振蕩器的振蕩頻率受石英晶體控制，它是典型的有源器件，自身就有內(nèi)置電路，提供較穩(wěn)定的時鐘輸出。晶體振蕩器一般有4只引腳，1-NC 、2-GND 、3-OUT、 4-VCC，它是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件。

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

缺點：相對于晶體諧振器，晶體振蕩器的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價格高。另外石英振蕩器要花較長的起動時間。

體積：晶體振蕩器相比于無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單的時鐘源。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)的時鐘輸入。硅振蕩器并不依賴于機(jī)械共振特性來獲得振 蕩頻率，而是基于一個內(nèi)部的RC時間常數(shù)。這樣的設(shè)計使硅器件對于外部機(jī)械作用不敏感。與傳統(tǒng)振蕩器不同的是，沒有裸露在外的高阻抗節(jié)點，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)格匹配的定時元件和線路板走線。