贴片式无源晶振(Crystal Resonator)内部解剖图
无源晶振(Crystal Resonator)内部有电容吗?
答:无源晶振(Crystal Resonator)内部没有电容。
晶诺威科技详解如下:
1、 无源晶振的本质
无源晶振的核心是一块经过精密切割并镀上电极的石英晶体片。它利用的是石英晶体的压电效应:在两端施加电场时,晶体会产生机械形变;反之,当晶体受力机械形变时,又会产生电场。这种物理特性使得石英晶体片在电路中表现得像一个高品质因数(Q值)的LC谐振电路。它本身是一个二端器件,只有两个引脚。它的功能是提供一个非常精确的谐振频率,但它自己无法产生振荡信号。
2、 电容从哪里来?
负载电容的概念
虽然无源晶振内部没有电容,但它的正常工作绝对离不开电容。这些电容是外接的,称为 “负载电容”(Load Capacitance, CL)。
为什么需要负载电容?
晶振的振荡频率会受到外部电路电容的影响。负载电容与晶振本身的等效电感等参数共同决定了振荡器的最终振荡频率。如果没有匹配的负载电容,振荡电路可能无法起振、频率不准或不稳定。
负载电容在哪里?
负载电容通常是由两个贴片电容(CL1和CL2)组成的,它们分别接在晶振的两个引脚与地之间。这两个电容与振荡电路(通常位于MCU或专用振荡芯片内部)共同构成一个皮尔斯振荡器(Pierce Oscillator),这是最常见的晶体振荡电路。
如何选择负载电容的值?
负载电容的值(CL)是一个非常重要的参数,它通常会在晶振的数据手册(Datasheet)中明确给出,常见的有6pF、7pF、8pF、9pF、10pF、12pF、12.5pF、15pF、18pF、 20pF等。电路设计中,CL1和CL2的取值通常相等,即 CL1 = CL2。这是因为两个电容是串联后与晶振工作的(还要考虑电路的杂散电容)。
与之对比:有源晶振(OSC)
为了更清晰地理解,我们可以对比一下有源晶振(Oscillator)。有源晶振是一个四端器件(电源、接地、信号输出、有时还有一个使能端)。
它的内部集成了:
1、一个无源晶体
2、一个振荡芯片以及(关键在这里)匹配好的负载电容等电路
因为有源晶振自己已经是一个完整的振荡系统,所以只要给它供电,它就可以直接输出方波或正弦波时钟信号,不需要外部电路再为其添加电容,它是一个完整的功能模块。
注:
针对有源晶振而言,大多数型号为方波(CMOS)信号输出;仅少量型号为正弦波(SINE WAVE)信号输出,常见于插件式高精度有源晶振。带温补功能的贴片有源晶振输出信号类型常见为削峰正弦波(CLIPPED SINE WAVE)。
总结如下: