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有源晶振與無源晶振的優缺點

發布時間：2025-11-28 13:59 發布者：yxcyangxing

關鍵詞：有源晶振 , 無源晶振

一、基本定義

無源晶振（Crystal，晶體諧振器）

結構：僅包含石英晶體，無內置振蕩電路。

工作原理：依賴外部電路（如MCU的振蕩器）驅動，通過機械振動產生諧振頻率。

有源晶振（Oscillator，晶體振蕩器）

結構：集成石英晶體 + 振蕩電路 + 輸出驅動，直接輸出方波/正弦波信號。

工作原理：內置振蕩器，僅需供電即可獨立工作。

二、核心區別對比

對比項	無源晶振	有源晶振
電路需求	需外部振蕩電路（如MCU的OSC_IN/OSC_OUT）	獨立工作，無需外部電路
輸出信號	正弦波（需整形電路）	方波/削峰正弦波（直接驅動邏輯器件）
功耗	低（依賴外部驅動電流）	較高（內置電路功耗，通常1mA~50mA）
頻率穩定性	±10ppm~±50ppm（受外部電路影響）	±0.1ppm~±50ppm（高精度型號可達±0.001ppm）
成本	低（0.1元~1元）	高（1元~500元，依賴精度和封裝）
啟動時間	較長（ms級，需起振過程）	短（μs級，上電即穩定）
抗干擾能力	弱（依賴PCB布局和外部電路）	強（內置濾波和穩壓）

三、應用場景

1. 無源晶振的典型應用

低成本消費電子：如藍牙耳機、遙控器（MCU主頻≤100MHz）。

嵌入式系統：STM32、ESP32等MCU的時鐘源（需配置負載電容）。

負載電容公式：

C_load = (C1 × C2) / (C1 + C2) + C_stray （C_stray為PCB寄生電容，通常3pF~5pF）

2. 有源晶振的典型應用

高頻與高精度場景：

通信設備（5G基站、光模塊，頻率≥100MHz）。

精密儀器（原子鐘同步，TCXO/OCXO溫補晶振）。

復雜環境：工業控制（抗振動、寬溫-40℃~+125℃）。

直接驅動：FPGA全局時鐘、高速SerDes接口（如25Gbps以太網）。

四、選型關鍵點

1. 無源晶振選型

參數	選型規則	示例
頻率	匹配MCU/芯片要求	25MHz無源晶振，負載電容20pF
負載電容（CL）	按芯片數據手冊要求匹配外部電容	CL=20pF → C1=C2=2×(20pF - 5pF)=30pF
ESR（等效電阻）	低ESR（≤80Ω）縮短起振時間	選ESR=50Ω的YSX321SL型號
封裝	根據PCB空間選擇（如SMD3225、HC-49S）	手機用2.0×1.6mm，工控用3.3×2.5mm

2. 有源晶振選型

參數	選型規則	示例
輸出類型	CMOS（3.3V）、LVDS（差分）、HCSL（高速）	100MHz LVDS輸出（如YSO230LR）
頻率穩定性	按系統需求選擇（如±10ppm工業級）	OCXO恒溫晶振（如YOV1409SM-10M）
電源電壓	匹配系統電源（1.8V/2.5V/3.3V/5V）	3.3V供電的 YSO110TR
相位噪聲	高頻場景需低相位噪聲（如<-150dBc/Hz@1MHz）	AI算力集群選YSO212PU

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