賽思晶振正式發(fā)布！一文帶你了解晶振及其工作原理與應用

　　晶振是電路板數字電路的"心跳"，在電路板中隨處可見(jiàn),只要用得到處理器的地方就必定有晶振的存在,即使沒(méi)有外部晶振，芯片內部也有晶振。
 

　　晶振自身產(chǎn)生時(shí)鐘信號，為各種微處理芯片作時(shí)鐘參考，晶振相當于這些微處理芯片的心臟，沒(méi)有晶振，這些微處理芯片將無(wú)法工作。晶振的作用就是為系統提供基本的時(shí)鐘信號。通常一個(gè)系統共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調整頻率的方法保持同步。
 

　　晶振主要運用于單片機、DSP、ARM、PowerPC、CPLD/FPGA等CPU，以及PCI接口電路、CAN接口電路等通訊接口電路。其他應用：時(shí)鐘脈沖用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標準脈沖信號，廣泛用于數字電路中；CTVVTR用石英晶體諧振器；鐘表用石英晶體振蕩器。
 

　　晶振是有源晶振的簡(jiǎn)稱(chēng)，也叫振蕩器，完整專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為晶體振蕩器，Crystal Oscillator，簡(jiǎn)寫(xiě)為XO。需要供電,振蕩電路在晶振內部。
 

　　晶體則是無(wú)源晶振的簡(jiǎn)稱(chēng)，也叫諧振器，完整專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為晶體諧振器，Crystal，簡(jiǎn)寫(xiě)為XTAL。無(wú)需供電，需要配合振蕩電路才能工作。
 

　　一、晶振的工作原理：

 

　　石英晶體振蕩器是利用石英晶體的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對應面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼就構成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
 

　　石英晶體有一個(gè)很重要的特性：如果給它施加交變電壓，它就會(huì )產(chǎn)生機械振蕩，反之，如果給它機械振動(dòng)，它又會(huì )產(chǎn)生交變電壓，這種特性叫壓電效應。
 

　　在一般情況下，晶片機械振動(dòng)的振幅和交變電場(chǎng)的振幅非常微小，其振動(dòng)頻率則是很穩定的。但當外加交變電壓的頻率為某一特定值時(shí)，振動(dòng)的幅度將急劇增加，這種現象稱(chēng)為壓電諧振。它與LC回路的諧振現象十分相似。
 

　　一個(gè)石英晶振可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò )。這個(gè)二端網(wǎng)絡(luò )有兩個(gè)諧振點(diǎn)，對應兩個(gè)諧振頻率，即fs和fp，fp略大于fs。

　　其中較低的頻率fs為串聯(lián)諧振頻率，較高的頻率fp為并聯(lián)諧振頻率。由于晶體自身的特性，這兩個(gè)頻率的距離相當接近，在這個(gè)極窄的頻率范圍內，晶振可以進(jìn)一步等效為一個(gè)電感。
 

　　因此，如果我們在晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容，它就會(huì )組成一個(gè)并聯(lián)諧振電路。將這個(gè)并聯(lián)諧振電路再加到一個(gè)負反饋電路中，就可以構成正弦波振蕩電路。
 

　　而且，由于石英晶體化學(xué)性能非常穩定，熱膨脹系數非常小，晶振等效為電感的頻率范圍很窄，振蕩頻率就非常穩定。它的諧振頻率基本上只與晶片的形狀、材料、切割方向等密切相關(guān)，再加上控制幾何尺寸已經(jīng)可以做到很精密，所以即使其他元件的參數變化很大，這個(gè)振蕩器的頻率也不會(huì )有很大的變化，這就是晶振電路頻率穩定的原理。
 

　　二、晶振主要分為以下四大類(lèi)：
 

　　(一)普通晶振Simple Packaged Crystal Oscillator(SPXO)
 

　　是一種沒(méi)有采取溫度補償措施的晶體振蕩器，在整個(gè)溫度范圍內，晶振的頻率穩定度取決于其內部所用晶體的性能，頻率穩定度在10-5量級，一般用于普通場(chǎng)所作為本振源或中間信號，是晶振中價(jià)值較低的產(chǎn)品。其工作由晶體的自由振蕩完成。這類(lèi)晶振主要應用于穩定度要求不高的場(chǎng)合。
 

從原始石英晶體坯料到封裝為最終的晶振圖
 

　　(二)溫補晶振Temperature Compensated Crystal Oscillator(TCXO)
 

　　溫補晶振是在晶振內部采取了對晶體頻率溫度特性進(jìn)行補償，以達到在-40℃~105℃的寬溫溫度范圍內滿(mǎn)足穩定度要求的晶體振蕩器；頻率穩定度在5*10-7~5*10-8量級。
 

　　一般模擬式溫補晶振采用熱敏補償網(wǎng)絡(luò )，由溫度感受器與頻率補償電路組成，通過(guò)溫度感受器的電壓變化控制VCO或變容二極管校準頻率。由于其良好的開(kāi)機特性、*的性?xún)r(jià)比以及功耗低、體積小、環(huán)境適應性較強等多方面優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛應用。

　　(三)壓控晶振Voltage Controlled Crystal Oscillator(VCXO)
 

　　壓控晶振是一種可通過(guò)調整外加電壓使晶振輸出頻率隨之改變的晶體振蕩器。其頻率控制范圍及線(xiàn)性度主要取決于電路所用變容二極管及晶體參數兩者的組合。主要用于鎖相環(huán)路或頻率微調。
 

　　(四)恒溫晶振Oven Controlled Crystal Oscillator(OCXO)
 

　　采用精密控溫，使電路元件及晶體工作在晶體的零溫度系數點(diǎn)的溫度上。中精度產(chǎn)品頻率穩定度為10-8~10-9，高精度產(chǎn)品頻率穩定度在10-10量級以上。
 

　　利用恒溫槽使晶體振蕩器中石英晶體諧振器的溫度保持恒定，把由于周?chē)鷾囟茸兓鸬恼袷幤鬏敵鲱l率變化的量，削減到最小。OCXO是由恒溫槽控制電路和振蕩器電路構成的。通常人們是利用熱敏電阻“電橋"構成的差動(dòng)串聯(lián)放大器，來(lái)實(shí)現溫度控制。主要用作頻率源或標準信號。
 

　　OCXO被稱(chēng)為晶體行業(yè)的TOP，尤其是OCXO用的晶體，需要優(yōu)異的Q和老化，晶體行業(yè)J端的技術(shù)均用于了此行業(yè)，此行業(yè)可以說(shuō)是晶體J端技術(shù)的集合體。其本質(zhì)上可以說(shuō)是一個(gè)小型電子系統。OCXO與馴服晶振(GPSDO)、銣原子鐘一樣重要，而且性?xún)r(jià)比更高，用途也更加廣泛。隨著(zhù)5G應用普及，OCXO的需求快速上升，一個(gè)5G小基站至少需要一個(gè)OCXO，而宏基站可能需要超過(guò)十個(gè)OCXO。
 

　　不同的特性決定了四種類(lèi)型晶振的應用場(chǎng)合：如果需要設備即開(kāi)即用，需選用SPXO、VCXO和TCXO。如果要求時(shí)鐘信號有較高穩定度，推薦使用TXCO和OCXO。
 

　　三、晶振的應用
 

　　晶振的應用極其廣泛，可以結合晶振主要參數進(jìn)行具體應用，如輸出頻率 、頻率穩定性、工作溫度范圍、輸入電壓和功率、輸出波形、封裝尺寸和外形等。
 

　　科研與計量：原子鐘、測量設備、遙測、遙感、遙控；
 

　　工業(yè)領(lǐng)域：通訊、電信、移動(dòng)/蜂窩/便攜式終端、航空、航海、導航、儀器儀表、計算機、數字設備、顯示器、磁盤(pán)驅動(dòng)器、調制解調器、標識/認證系統、傳感器；
 

　　消費領(lǐng)域：手表與時(shí)鐘、蜂窩與無(wú)繩電話(huà)機、普通電話(huà)機、呼叫器、音響設備、有線(xiàn)電視系統與電視機、PC、攝像機、業(yè)余無(wú)線(xiàn)電器材、玩具、醫用裝置與設備；
 

　　汽車(chē)領(lǐng)域：引擎控制，立體聲音響時(shí)鐘，傳感器，駕控計算機，GPS應用。
 

　　晶振的市場(chǎng)需求在5G通信、物聯(lián)網(wǎng)、智能汽車(chē)等應用領(lǐng)域拉動(dòng)之下日趨上升，目前市場(chǎng)存在嚴重的供需失衡現象，晶振的供貨短缺問(wèn)題愈演愈烈。隨著(zhù)時(shí)代發(fā)展和芯片技術(shù)的進(jìn)步，板卡的體積已經(jīng)無(wú)法容納傳統OCXO的龐大體積，小型化的OCXO成為趨勢。小型化OCXO具有著(zhù)更小體積、更小功耗、更低成本等多重優(yōu)勢，能夠替代所有低檔晶振產(chǎn)品和80%的中檔晶振產(chǎn)品。
 

　　賽思在市場(chǎng)高壓下砥礪前行，成功自研上線(xiàn)了O5050、O3627、O2525、O2522、O1409、O0907等一系列具有1E-11超高穩定性、-185dBc/Hz超低噪、1E-13超低秒穩等業(yè)內頂尖的G端OCXO系列產(chǎn)品，可支持5.00MHz~200MH的頻率范圍以及7*9~50*50的封裝尺寸。具體的產(chǎn)品參數可來(lái)電或私信詳詢(xún)。
 

　　憑借公司在國內時(shí)頻領(lǐng)域LX的研發(fā)創(chuàng )新實(shí)力，除了通用型的晶振產(chǎn)品，賽思也可根據客戶(hù)特殊需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)定制。
 

賽思晶振實(shí)物圖
 

　　賽思在電子元器件方面擁有豐富的產(chǎn)品線(xiàn)，除了G端OCXO系列產(chǎn)品，時(shí)鐘芯片產(chǎn)品方面也有優(yōu)異表現。2018年自主研發(fā)全數字鎖相環(huán)ADPLL；2020年發(fā)布S款北斗/GPS時(shí)頻同步SOC芯片、5G時(shí)鐘發(fā)生器芯片; 2021年實(shí)現多款高性能時(shí)鐘芯片量產(chǎn)銷(xiāo)售。
 

　　賽思自主研發(fā)的時(shí)頻同步芯片與恒溫晶振可服務(wù)于各個(gè)社會(huì )場(chǎng)景中，強勢打破高中端時(shí)頻電子元器件市場(chǎng)被國外廠(chǎng)家壟斷的局面，為“強芯”戰略和化替代貢獻力量。
 

　　賽思作為國內少數可以提供完整端到端解決方案的時(shí)頻研發(fā)設計公司，擁有時(shí)頻全產(chǎn)品系列線(xiàn)。主要產(chǎn)品包括高精度時(shí)鐘芯片、晶振、各類(lèi)NTP/PTP時(shí)間服務(wù)器、子母鐘系統、北斗共視設備、衛星智能分路系統、時(shí)空安全隔離裝置、授時(shí)板卡/模塊、時(shí)統系統、測試平臺及軟件等。
 

　　產(chǎn)品及解決方案實(shí)現全行業(yè)覆蓋，包括元宇宙、VR/AR、人工智能、區塊鏈、5G通信、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、北斗衛星導航、電力能源、金融證券、航空航天、科研院校、生物醫療、大數據、G端制造、汽車(chē)自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。憑借自身過(guò)硬的研發(fā)創(chuàng )新能力一舉開(kāi)創(chuàng )了國內乃至全球多個(gè)領(lǐng)域時(shí)頻同步方案的第一。
 

　　未來(lái)，賽思將持續發(fā)力，立足博士后工作站、占比員工人數60%以上的研發(fā)團隊，以及高校合作研發(fā)團隊，聚合多方新鮮創(chuàng )新力，引L時(shí)頻智造，為客戶(hù)構建更加精準的世界，讓世界看見(jiàn)中國時(shí)頻芯力量！