諧振器和振蕩器的差異及優(yōu)缺點(diǎn)的分析

時(shí)常會(huì )把諧振器和振蕩器搞混。經(jīng)歷了一些時(shí)間的對比，大概整理一下。我們習慣稱(chēng)晶振，這個(gè)講法其實(shí)很模糊。這里把有源的稱(chēng)為振蕩器，無(wú)源的稱(chēng)為諧振器。

諧振器【RESONATOR】

產(chǎn)生諧振頻率的電子元件，它是典型的無(wú)源器件，需要外圍電路驅動(dòng)其工作，產(chǎn)生時(shí)鐘輸出。

振蕩器【OSCILLATOR】

是一種能量轉換裝置——將直流電能轉換為具有一定頻率的交流電能，其構成的電路叫振蕩電路， 振蕩器是有源器件，振蕩器比諧振器多了一個(gè)控制電路。

圖中從左到右依次為：晶體諧振器，陶瓷諧振器，晶體振蕩器，硅振蕩器。

晶體諧振器【QUARTZ CRYSTAL UNITS】【CRYSTAL】

石英晶體俗稱(chēng)水晶,成分SIO2,是重要的壓電材料，其主要特征是其原子或分子有規律排列,反映在宏觀(guān)上是外形的對稱(chēng)性。在電場(chǎng)的作用下,晶體內部產(chǎn)生應力 而形變,從而產(chǎn)生機械振動(dòng),獲得特定的頻率，利用它的這種逆壓電效應特性來(lái)制造石英晶體諧振器。石英由于具備天然的高品質(zhì)因子“Q”，這使得晶體能在整個(gè) 工作溫度和電壓范圍內都保持很高的精確度和頻率穩定性。

優(yōu)點(diǎn)：信號電平是可變的，也就是說(shuō)是根據起振電路來(lái)決定的，同樣的晶體可以適用于多種電壓，可用于多種不同時(shí)鐘信號電壓要求的片子，而且價(jià)格通常也較低。晶體諧振器的精度為1PPM（百萬(wàn)分之一）至100PPM。

缺 點(diǎn)：晶體諧振器是有2個(gè)引腳的無(wú)極性元件，需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無(wú)法振蕩起來(lái)。晶體諧振器相對于晶體振蕩器而言其缺陷是信號質(zhì)量較 差，通常需要精確匹配外圍電路（用于信號匹配的電容、電感、電阻等），更換不同頻率的晶體時(shí)周邊配置電路需要做相應的調整。

晶體諧振器有一些等效參數，不同的使用環(huán)境可能會(huì )有不同的要求，選用時(shí)還要考慮環(huán)境溫度、負載電容、頻率精度等要求，這就要求外圍振蕩電路的參數要加一些控制才能輸出穩定的頻率。

陶瓷諧振器【CERAMIC RESONATOR】

陶瓷諧振器是一種用于在特定頻率產(chǎn)生振蕩的壓電式陶瓷設備。制造這種設備所用的材料在生產(chǎn)過(guò)程期間會(huì )激發(fā)諧振特性。由于這種諧振特性是處于生產(chǎn)誤差范圍內 的，并且它的品質(zhì)因數遠遠低于石英的品質(zhì)因數，因此陶瓷諧振器所能提供的頻率穩定性不如晶體諧振器。通常陶瓷諧振器用于對成本較低且對性能要求不高的場(chǎng)合。

優(yōu)點(diǎn)：同晶體相比，陶瓷諧振器的成本只有晶體的一半并且尺寸較小。

缺點(diǎn)：同晶體相比，欠缺頻率和溫度穩定性。其精度較差，大概在1%至0.1%之間。

綜 述：陶瓷諧振器的典型初始精度在0.5%至0.1%范圍內，老化或溫度變化所致的漂移可能改變這一精度范圍。廉價(jià)陶瓷諧振器的公差只有±1.1%，較高端 的汽車(chē)精度則分別為±0.25%和±0.3%。未來(lái)的應用在于汽車(chē)CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò )）總線(xiàn)應用，工作溫度為-40°C至+125°C。頻率為200 KHZ至約1 GHZ的低成本陶瓷諧振器適用于對時(shí)序要求不嚴格的嵌入系統。陶瓷器件起動(dòng)較快，一般體積小于石英器件。它們也更能承受沖擊與振動(dòng)。

所有諧振元件對比：

晶體振蕩器【CRYSTAL OSCILLATOR】

晶體振蕩器的振蕩頻率受石英晶體控制，它是典型的有源器件，自身就有內置電路，提供較穩定的時(shí)鐘輸出。晶體振蕩器一般有4只引腳，1-NC 、2-GND 、3-OUT、 4-VCC，它是一個(gè)完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件。

優(yōu)點(diǎn)：晶體振蕩器信號質(zhì)量好，比較穩定，而且連接方式相對簡(jiǎn)單（主要是做好電源濾波，通常使用一個(gè)電容和電感構成的PI型濾波網(wǎng)絡(luò )，輸出端用一個(gè)小阻值的電阻過(guò)濾信號即可），不需要復雜的配置電路。對于時(shí)序要求敏感的應用，晶體振蕩器的性能相對較好。

缺點(diǎn)：相對于晶體諧振器，晶體振蕩器的缺陷是其信號電平是固定的，需要選擇好合適輸出電平，靈活性較差，而且價(jià)格高。另外石英振蕩器要花較長(cháng)的起動(dòng)時(shí)間。

體積：晶體振蕩器相比于無(wú)源晶體通常體積較大，隨著(zhù)工藝的改善，現在有的晶體振蕩器是表貼的，體積和晶體諧振器相當。

硅振蕩器

硅振蕩器，這種完全集成的振蕩元件是最簡(jiǎn)單的時(shí)鐘源。這些器件可產(chǎn)生規定頻率的方波，可直接送入單片機的時(shí)鐘輸入。硅振蕩器并不依賴(lài)于機械共振特性來(lái)獲得振 蕩頻率，而是基于一個(gè)內部的RC時(shí)間常數。這樣的設計使硅器件對于外部機械作用不敏感。與傳統振蕩器不同的是，沒(méi)有裸露在外的高阻抗節點(diǎn)，這樣使硅振蕩器 可以承受更大的濕度和EMI影響。硅振蕩器不需要嚴格匹配的定時(shí)元件和線(xiàn)路板走線(xiàn)。