浅谈有源晶振与无源晶振的关键参数

有源晶振和无源晶振在电路结构、性能特性以及应用上各有不同。今天，凯擎小妹就带大家一起来深入了解两类晶振的关键参数与差异。

对比	无源晶振	有源晶振
振荡电路	需要外部放大电路	内置振荡放大与稳压电路
输出信号	正弦波	方波或差分信号
是否可以直接使用	需由MCU或IC内部振荡器驱动	独立输出时钟信号，可直接使用
频率精度	中等	高
相位噪声	一般	优秀
封装供电	无需供电	需要电源
主要应用	MCU/RTC...	通信/高速接口...

01无源晶振主要参数

无源晶振自身并不振荡，需要外部放大器及反馈回路驱动。其性能主要取决于谐振结构特性与外部匹配设计。

标称频率

晶体设计工作于谐振状态时的中心频点。这一频率由晶片的形状、厚度和切割角度决定，是石英材料固有的机械谐振特性。

(晶体谐振器KX49S - 常见频率选择)

调整频差

晶振在25°C、指定负载电容下，相对标称值的初始偏差。它反映晶体出厂时的制造精度。在系统中，初始频率误差会反映到通信速率偏差、定时误差或走时漂移上。例如±20ppm对应每月约±52秒的RTC偏差。

负载电容

无源晶振在指定负载电容下才能达到标称频率。若电路实际负载偏大，振荡频率下降;偏小则频率上升。

(晶体谐振器KX49S - 常见负载电容选择)

温度特性

温度变化会改变石英晶体的机械弹性常数，进而造成频率漂移。不同切割类型有不同的温漂曲线。

等效串联电阻

ESR表示晶体在谐振点时的能量损耗等效阻抗。ESR越低，说明晶体损耗越小，起振裕量越高;但ESR过低时，如果驱动增益过大也可能导致过激振荡。在低功耗系统中，需要在起振可靠性与能耗之间取得平衡。

驱动电平

驱动电平是晶体在工作时承受的功率，通常以 µW 为单位。驱动过高会导致晶片发热，进而加速老化或损伤;驱动过低可能起振不稳定或幅度不足。

02有源晶振主要参数解析

有源晶振集成了石英谐振器与振荡放大器，可直接输出时钟信号，而无需外部反馈网络。

标称频率

有源晶振输出频率范围覆盖kHz至GHz。32.768 kHz用于低功耗RTC;10 MHz用于精密参考与同步;125 MHz与156.25 MHz为以太网和光通信标准...

(时钟振荡器KD706D - 常见频率选择)

调整频差

有源晶振的出厂频率精度高于无源晶体。其主要影响因素包括：石英谐振器切割精度;内部恒温或补偿电路;电源稳压及出厂校准算法。高精度的恒温晶振(KO系列)可实现±0.01ppm初始精度，常用于GPS授时与基准时钟系统。

相位噪声与抖动

相位噪声是频率在频域内的短期随机起伏;抖动是信号在时域内的时间漂移。两者都是衡量时钟信号纯净度的关键指标。低抖动晶振(KJ系列)能显著降低误码率、提升信号完整性。

电源电压

常见额定电压有1.8V、2.5V和3.3V。电源稳定性会影响输出振幅、相位噪声和总体频率偏移。

输出波形

有源晶振可提供多种波形输出，以兼容不同系统接口：

CMOS输出：单端结构，信号幅度高、驱动能力强;

LVDS/HCSL输出：差分信号，低电压摆幅、低EMI，专为高速接口设计。

工作温度范围&温度频差

工作温度范围指晶振能够稳定工作的环境温度区间;温度频差则描述其在指定温度范围内的相对频率偏移量，通常以ppm表示。当环境温度超过设计范围时，晶振可能出现输出频率漂移、相位噪声上升或起振异常等现象。以时钟振荡器 KS70 为例，其温度范围如下：

(时钟振荡器KS70)

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