石英晶体振荡器（Quartz Crystal Oscillator）的简称为有源晶振，英文简称为OSC,它能够产生中央处理器（CPU）执行指令所必须的时钟频率信号，CPU一切指令的执行都是建立在这个基础之上。通常来说，时钟信号频率越高，CPU运行速度越快，处理数据的效率越高。

目前绝大多数智能数码电子产品，都至少存在一个时钟源，换句话说，即使在一些电路板上用眼睛看不到振荡电路，芯片内部也会存在集成的时钟信号，时钟信号被称之为数字电路系统的核心。

振荡电路的工作原理：

从外部输入标配电压之后，有源晶振就可以输出标称周期性时钟信号，即标称频率（Nominal Frequency），是晶振规格书中所指定的频率，也是工程师在电路设计和晶振采购时首要关注的重要晶振电气参数。常见的MHz晶振标称频率在1～200MHz之间，比如2.048MHz 、4MHz 、8MHz、11.0592MHz、12MHz、24MHz、25MHz、26MHz、27MHz、54MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL（锁相环）原理将低频进行倍频至1GHz以上。最常见的KHz晶振为晶振32.768KHz,主要应用于实现时间显示功能，因此常被我们称之为表晶。

在晶振的实际应用中，晶振在工作中输出的信号频率不可避免会存在一定偏差，这时，我们会经常遇到两个词来表述晶振的这种误差现象：频率偏差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability），用单位PPM来表示，即百万分之一（Parts Per Million: 1/1000000），它指的是在指定的某一温度范围内晶振在工作中相对于标称频率的变化量，PPM值越小表示晶振精度越高，比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×20Hz=±240Hz，即频率范围是（11.999760～12.000240Hz）

另外，还有一个专业术语需要解释，即温度频差（Frequency Stability vs Temperature），表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度（25℃）时工作频率的允许偏离，它的单位也是PPM。同理，PPM越小，表示晶振温漂越小，即稳定性越高。那么，当然电子设备不可能一直处于温度环境为25℃的理想条件之下工作，如果在其它温度变化区间呢？因此，若一些电子产品需要在户外温差较大的条件之下工作，就必须要考虑晶振在不同温度区间的频偏程度，比如：温度频差：±15ppm~±30ppm，工作温度范围：-20°C ~+70°C； 温度频差：±15ppm~±30ppm，工作温度范围-40°C ~+85°C。

我们经常还会注意到其它一些参数，比如负载电容、谐振电阻、静电容等，这些都与晶振的物理特性及生产工艺有关。

石英晶体谐振器，即无源晶振，本身不能产生振荡信号，必须借助于相匹配的外部振荡器电路才能实现。 而有源晶振的应用简单很多。需要什么输出频率，就去采购这个频率的有源晶振（OSC）即可，省去了利用公式计算及手动反复焊接外接电容的繁杂匹配过程，节省很多宝贵时间。同时，有源晶振在很大程度上也避免了杂散电容的干扰，性能更稳定。可能有人会认为有源晶振在价格上会比无源晶振贵一些，但是有源晶振已经内置IC，电路板上自然会省去一颗IC，因此总的来看，电路板的成本反而并没有增加。

拓展阅读：晶体谐振器及工作原理

晶体谐振器是一种利用石英晶体压电特性，在特定频率下产生高度稳定振动的无源电子元件。 这种稳定振动与振荡电路结合后，可用于生成电子电路的基准”节拍（时钟信号）”。

其主要用途包括：

• 生成电子设备控制电路（MCU/微控制器）的工作时序
• 作为通信设备的频率基准
• 应用于时钟和定时器电路

电子设备要实现精确运行，稳定一致的”节拍”不可或缺，而晶体谐振器正是这一核心功能的关键部件。

晶体谐振器的工作原理基于石英晶体所具有的压电效应（Piezoelectric Effect）。

压电效应是指具有以下两种特性的现象:

对石英晶体施加机械力时会产生电压（正压电效应）

对石英晶体施加电压时会发生形变（逆压电效应）

正是由于这些特性，石英晶体能够实现电能与机械振动之间的相互转换。

压电效应

当对石英晶体施加机械压力时，其表面会产生电荷。

逆压电效应

当向石英晶体施加电压时，晶体会发生形变并产生振动。

当向石英晶体施加交流电压时，晶体会随着电压变化不断伸缩，从而产生振动。此外，石英晶体还具有一种称为”共振（Resonance）”的特性，即在特定频率下能够高效振动，而该频率具有极高的稳定性。

因此，晶体谐振器具有以下特点:

• 频率偏差极小
• 可长期保持稳定运作
• 不易受温度变化影响

正是这种稳定振动，确保了电子电路的精确运行。

此外，晶体谐振器通过压电效应与逆压电效应的不断重复，实现持续且稳定的频率振动。 石英晶片（Quartz Blank）的振动特性取决于其切割方式（Cut Angle）。不同切割方法会形成不同的固有振动特性，这种特性被称为振动模式（Vibration Mode）。

典型的振动模式包括：

厚度剪切振动（Thickness-Shear Vibration）

弯曲振动（Flexural Vibration）

利用厚度剪切振动的代表产品是AT切割晶体谐振器（AT-cut Crystal Unit）；而利用弯曲振动的代表产品则是音叉型晶体谐振器（Tuning-Fork Crystal Unit）。

1、厚度剪切振动：AT切割晶体谐振器

当施加电压时，石英晶片的上下表面会沿相反方向运动，从而产生称为”厚度剪切振动”的振动模式。

AT-cut crystal unit structure

Thickness-shear vibration motion

振动频率：数MHz至数百MHz频段

※1： AT切（AT-cut）是指将人工合成石英相对于Z轴倾斜约35°15′进行切割的方法。由于其优异的频率稳定性和温度特性，是晶体谐振器和晶体振荡器中应用最广泛的石英切割方式。

2、弯曲振动：音叉型晶体谐振器

当施加电压时，石英晶片两侧的叉臂会发生弯曲，从而产生”弯曲振动”。

Tuning-fork crystal unit structure

Flexural vibration motion

振动频率：kHz频段（例如32.768kHz）

电学特性的发现：从宝石到电子科技

石英因其透明且美丽的光泽，自古以来便被作为宝石用于仪式、装饰品以及珠宝首饰，是人们十分熟悉且喜爱的矿物之一。发现这种美丽矿物具有优异电学特性的，是法国物理学家-居里兄弟（Curie Brothers）。

1880年，皮埃尔·居里（Pierre Curie）与雅克·居里（Jacques Curie）发现，对石英、电气石（Tourmaline）、黄玉（Topaz）以及酒石酸钾钠（Rochelle Salt）等晶体施加机械力时会产生电荷，这一现象后来被称为压电效应（Piezoelectric Effect）。”Piezo（压电）”一词来源于古希腊语”Piezein”，意为”按压”或”施压”，用以描述”通过施加压力产生电能”的现象。

随后，这一压电效应被广泛应用于电子技术领域，并发展成为今天的晶体谐振器技术。如今，晶体谐振器已成为通信设备、计算机、汽车电子以及各种现代电子产品的重要基础技术之一。
此外，皮埃尔·居里还因与妻子玛丽·居里（Marie Curie）共同开展放射性元素研究，于1903年获得诺贝尔物理学奖而广为人知。

在智能手机、汽车、物联网（IoT）设备等各种电子产品内部，晶体谐振器（Crystal Unit）已经成为不可或缺的重要元器件。晶体谐振器负责为电子设备产生”运行节拍（时序）”，其精度会直接影响整个产品的运行精度。例如，电子电路需要按照一定的节奏运行，而晶体谐振器就如同电子设备内部的”节拍器”，持续提供稳定且精准的时钟信号。