晶体振荡器与陶瓷谐振器简述

各种谐振器用于电子领域的大量应用中。在这些谐振器中，两种主要使用的材料是石英晶体和陶瓷（制造陶瓷谐振器）。石英晶体用于晶体振荡器，陶瓷用于陶瓷谐振器。它们都具有相同的特性，即当向它们提供输入电压时通过振动来产生振荡频率。但是它们两个也有一些差异，这些差异将它们区分开来，也因此将它们应用于不同的应用程序。

什么是晶体振荡器？

振荡器是在调谐电路的帮助下产生振荡频率的电路。同样，晶体振荡器是一种电子电路或设备，它借助晶体而不是调谐电路来产生稳定的频率。晶体振动时，它就像一个谐振器，因此会产生一个振荡频率。谐振器电路使用晶体代替产生振荡，因此被称为晶体振荡器（简称晶振，Crystal Oscillator）。晶振的符号及电路如下图所示：

什么是陶瓷谐振器？

与晶体振荡器类似，陶瓷谐振器也是一种电子电路或设备，利用陶瓷作为谐振压电材料来产生振荡频率的输出。这种材料可以具有两个或多个电极，当连接到振荡器电路时会产生机械振动并因此产生特定频率的振荡信号。谐振器的电路类似于晶体振荡器的电路，如下图所示：

当谐振器工作时，由于压电材料（即陶瓷）的机械振动而产生振荡电压，然后将振荡电压作为输出。

晶体振荡器与谐振器

尽管它们具有相同的工作过程并产生频率振荡作为输出，但它们在性能上有一些不同，因此振荡器在许多情况下取代了谐振器：

§频率范围- 晶体振荡器的 Q 因子比陶瓷谐振器高得多，晶体振荡器的频率范围为 10 kHz – 100 MHz，而陶瓷谐振器的频率范围为 190 kHz – 50 MHz

§输出- 晶体振荡器提供高稳定性频率输出，陶瓷谐振器也提供稳定性输出，但晶体振荡器相比更好一点。在输出频率精度方面，晶体振荡器提供比陶瓷谐振器更准确的输出，陶瓷谐振器对温度等参数很敏感。振荡器的精度为 10ppm-1000ppm（1ppm 百万分之一），而谐振器的精度为 0.1% - 1%。

§参数的影响- 对于陶瓷谐振器，陶瓷材料的厚度将决定输出谐振频率，而对于晶体振荡器，谐振频率输出取决于材料中声音的大小、形状、弹性和速度。温度对晶体振荡器的影响非常低，即使温度发生变化，它们也非常稳定，而温度对陶瓷谐振器的影响比晶体振荡器大一点。对于石英晶体振荡器，输出特性取决于振动模式和切割晶体的角度，而在陶瓷谐振器中主要是厚度影响更大。

§容差和灵敏度- 晶体振荡器对冲击和振动的耐受性较低，而陶瓷谐振器的耐受性相对较高。晶体振荡器具有低 ESD（静电放电）受耐性，而陶瓷谐振器具有高 ESD受耐性。振荡器比谐振器更敏感，灵敏度可以在辐射方面进行比较。石英的频率容差为 0.001%，而 PZT 的容差为 0.5%。

§电容器依赖性- 谐振器可能有内部电容器或有时需要外部电容器，而振荡器需要外部电容器，它们的值取决于设计的晶体。

§使用的材料- 晶体振荡器由石英作为压电谐振器材料制成，而陶瓷谐振器由钛酸铅锆 (PZT) 制成，这种材料被称为高稳定性压电陶瓷材料。晶体振荡器比陶瓷谐振器制造难度更高。

应用- 陶瓷谐振器用于频率稳定性要求不高的微处理器应用中，而晶体振荡器的使用性更广，可以在计算机到带有电子元件的儿童玩具等产品中看到他们的身影。谐振器适用于低速串行端口通信，而晶体振荡器的频率可用于支持高速串行通信。谐振器没有可用于高速串行端口通信的频率。在基于时钟的应用方面，谐振器不太适合实时时钟/计时/挂钟，而如果使用可变电容器进行调谐，振荡器可能适合计时/RTC/挂钟，如果不调谐，预计每年会有几分钟的漂移。