在我們日常使用的各種電子設備中，從手機、電腦到智能手表，甚至汽車和工業控制系統，都存在著一個小小的元件，它如同電子設備的心臟，穩定地跳動，為整個系統提供精準的時間和頻率基準，這就是晶振。也許你從未注意過它，但它卻默默發揮著不可或缺的作用。

什么是晶振

晶振，全稱晶體振蕩器（Crystal Oscillator），是在電路中提供頻率基準的被動元器件，能產生頻率高度穩定的交流信號，使得電路工作在一個穩定的頻率范圍內，廣泛應用于汽車、數字、電子等行業。簡單來說，它就像是電子設備的“心跳起搏器”，為整個系統提供穩定的時鐘信號，確保各個部件有條不紊地協同工作。

晶振的分類

晶振主要分為有源晶振和無源晶振：一般我們說的“晶振”指的是有源晶振，而無源晶振通常叫“晶體”，或者叫“諧振器”。有源晶振和無源晶兩者最大的區別是：有源晶振自身即可起振，而無源晶振則需要外加專門的時鐘電路才能起振。打個比方，有源晶振就像是自帶發動機的汽車，可以獨立啟動并運行；而無源晶振則像是沒有發動機的汽車，需要借助外部的動力（時鐘電路）才能發動起來。

除了有源晶振和無源晶振，還有一些在特定的領域發揮著重要作用的晶振：

溫補晶振（TCXO）：具有溫度補償功能，可以自動調整頻率以補償溫度變化對晶體頻率的影響。它采用特殊的溫度補償網絡，通過熱敏電阻感知環境溫度的變化，并通過電壓控制電路調整晶體諧振器的頻率，使其與基準頻率保持一致。溫補晶振它的溫度穩定性通常在±0.1ppm(百萬分之一)或更好的范圍內，適用于對頻率精度要求較高的應用，如GPS接收器、通信設備和衛星通信系統等。

恒溫晶振（OCXO）：通過恒溫控制來保持晶體諧振器的溫度穩定。它利用加熱電阻和溫度傳感器等元件，使晶體諧振器始終處在一個恒定的溫度下工作，以此來減少因溫度變化帶來的頻率波動。恒溫晶振的頻率穩定性通常優于溫補晶振，在寬溫度范圍內，能保持高精度的頻率輸出，常用于對時鐘精度要求非常高的應用，如衛星導航、無線通信基站、科學儀器和精密測量設備等。不過，它的啟動時間相對較長，制造成本也相對較高。

壓控晶振（VCXO）：其輸出頻率可以通過輸入電壓進行控制。通過改變控制電壓，能夠實現對振蕩頻率的調整，主要用于鎖相環、頻率合成器等電路中，在通信、雷達等領域有廣泛應用。

不同類型的晶振各有特點，在實際應用中，需要根據具體的需求和場景來選擇合適的晶振，以確保電子設備的穩定運行。

晶振的工作原理
PART.01壓電效應晶振的工作原理基于壓電效應和壓電諧振現象。

在晶振中，常用的壓電材料是石英晶體，它具有良好的壓電性能和極高的穩定性。當在石英晶體的兩個電極上施加交變電場時，根據逆壓電效應，晶體會產生機械振動；而晶體的機械振動又會根據正壓電效應產生交變電場，如此循環往復。

圖片來源于網絡PART.02壓電諧振

當外加交變電壓的頻率為某一特定值時，振幅明顯加大，比其他頻率下的振幅大得多，這種現象稱為壓電諧振，它與LC回路的諧振現象十分相似。它的諧振頻率與晶片的切割方式、幾何形狀、尺寸等有關。

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在晶振內部，石英晶體與振蕩電路相連。當給晶振加上電源后，振蕩電路會提供一個初始的電信號，激勵石英晶體產生機械振動。由于壓電效應，機械振動又會轉化為電信號反饋給振蕩電路。如此循環，晶振就能持續產生穩定的頻率信號輸出。

晶振有什么作用
01提供時鐘信號

晶振在電子系統中提供精確穩定的時鐘信號，用于同步和控制各種操作。時鐘信號決定了系統的工作頻率和時間精度，對于數字系統、通信系統和計時系統等都起著至關重要的作用。

02確保數據傳輸的正確性

在數據傳輸過程中，需要嚴格的時序同步，以確保數據的準確傳遞。晶振作為主時鐘源，能夠提供可靠的時鐘信號，為數據的傳輸和處理提供準確的時間基準。

03實現信號穩定性

晶振的振蕩頻率非常穩定，且受環境溫度等因素的影響較小。它能夠提供穩定的振蕩信號，避免信號波動和時序偏移，保證系統的可靠性和穩定性。

04支持精確定時

許多應用領域對于精確定時要求極高，如航空航天、科學儀器等。晶振提供的精確的時鐘信號能夠滿足這些應用的需求，確保系統或儀器的精度和穩定性。

晶振作為一種重要的時鐘源，通過晶體的諧振特性產生穩定的振蕩信號，為電子系統提供精準的時間基準。它在同步、控制和數據傳輸等方面發揮著重要的作用。

晶振的應用領域

晶振作為電子設備的“心跳起搏器”，廣泛應用于各個領域，為眾多電子設備的穩定運行提供了不可或缺的時鐘信號。

01移動通信物聯網領域

在手機、平板電腦等移動通信設備中，晶振為無線通信模塊（如Wi-Fi、藍牙、5G等）提供精確的時鐘信號，確保數據的穩定傳輸和設備的高效運行。例如，手機中常用的晶振頻率為24MHz，NFC技術使用13.56MHz、27.120MHz等晶振。在手機的CPU中，晶振提供的時鐘信號決定了處理器的運行速度，直接影響手機的整體性能和響應速度。

02網絡通訊領域

在路由器、交換機、服務器等網絡設備中，晶振發揮著至關重要的作用。它為網絡設備提供穩定的時鐘信號，確保數據的準確傳輸和網絡的穩定運行。例如，路由器常用的晶振頻率有12MHz、16MHz、26MHz、40MHz等，這些不同頻率的晶振滿足了路由器在不同數據傳輸速率和功能需求下的穩定運行。

03汽車電子領域

汽車電子系統中，晶振廣泛應用于發動機控制系統、車載導航系統、汽車音響系統、安全氣囊系統等。它為這些系統提供精確的時鐘信號，保證汽車各部件的協調工作和穩定運行。一輛汽車中應用到的晶振可高達200多顆，不同的晶振頻率在系統中有不同的應用和功能。例如，4MHz用于汽車儀表盤、發動機控制模塊（ECM）、空調控制等基本控制系統；8MHz用于車載多媒體設備、儀表盤、車載信息娛樂系統；10MHz用于定位系統接收器、車載通信設備等需要較高精度的應用；12MHz用于一些高速通信系統，如汽車自動駕駛系統、車載電腦等。

圖片來源于網絡04安防監控領域

在攝像頭、錄像機、報警器等安防設備中，晶振為圖像采集、數據傳輸和存儲等功能提供穩定的時鐘信號。例如，安防攝像頭常用的晶振頻率有12MHz、16MHz、24MHz、27MHz、40MHz等，這些頻率確保了攝像頭能夠準確地捕捉圖像，并將圖像數據穩定地傳輸和存儲。

05家電領域

在電視機、空調、冰箱、洗衣機等家電產品中，晶振為家電的微處理器、遙控器、顯示屏等部件提供穩定的時鐘信號，保證家電的各項功能正常運行。例如，彩色電視機常用的晶振頻率有443MHz（PA制）、3.58MHz（NSC制）和8.86MHz（TDA3560、TDA3565等集成電路用）等；空調常用的晶振頻率有32.768KHz、4.000MHz和4.194304MHz等。

如何選擇一款合適的晶振

在電子電路設計中，選擇合適的晶振至關重要，它直接影響到電子設備的性能、穩定性和可靠性。以下是一些選擇晶振時需要考慮的關鍵因素。

01確定頻率范圍

在選擇晶振時，首先要明確系統的頻率范圍需求，確保所選晶振的頻率能夠滿足系統的要求。比如，常見的微控制器時鐘頻率有8MHz、16MHz、32MHz等，而無線通信模塊中的藍牙通常使用2400MHz左右的晶振。

02考慮精度和穩定性

晶振的精度和穩定性對于系統的性能至關重要，在選擇晶振時，要充分考慮系統對精度和穩定性的要求。例如，在一些對時鐘精度要求極高的通信應用中，可能需要選擇精度在±1ppm以下的晶振，以確保數據傳輸的準確性和穩定性。

03考慮工作溫度范圍

晶振的工作溫度范圍應與系統的工作溫度范圍相匹配，確保晶振在預期的溫度范圍內能夠正常工作。不同類型的晶振其工作溫度范圍也有所不同，如普通晶振的工作溫度范圍一般為-40℃至+85℃，而工業級晶振的工作溫度范圍可能更寬，可達-55℃至+125℃。在一些特殊的應用場景中，如汽車電子、航空航天等，需要選擇能夠在極端溫度條件下穩定工作的晶振。

04選擇合適的負載電容

負載電容是組成振蕩電路時的必備條件。在通常的振蕩電路中，石英晶體諧振器作為感抗，而振蕩電路作為一個容抗被使用。負載電容可以是任意值，但10-30PF會更佳。對該電容的要求較高，習慣用NPO(C0G)材質的電容。負載電容的大小會影響晶振的振蕩頻率和穩定性，因此在選擇晶振時，需要根據晶振的規格書來選擇合適的負載電容。

05品牌與供應商選擇

盡量選擇知名品牌的晶振及外部器件，這些品牌和供應商通常具備更可靠的品質保證和更長的使用壽命，能夠滿足更為嚴格的技術要求和生產標準。同時，選擇知名品牌和有信譽的供應商還能確保獲得優質的售后服務和技術支持，有助于降低維護成本和減少生產停機時間。像日本的愛普生（EPSON）、精工（SEIKO），國產的晶發電子（JF）都是知名的晶振品牌。

晶振，這個小小的電子元件，卻在現代電子世界中發揮著舉足輕重的作用。它憑借著穩定的頻率輸出，為各類電子設備提供了精確的時間基準和時鐘信號，確保設備的各個部件能夠有條不紊地協同工作。從消費電子到通信設備，從汽車電子到工業控制，晶振無處不在，它就像是電子設備的 “心臟起搏器”，讓每一個電子設備都能穩定、高效地運行。

深圳市晶發電子有限公司是專業生產、銷售石英晶體諧振器、晶體振蕩器以及從事晶體配套設備生產的高新技術企業。