有源晶振和无源晶振成本相差多少?

浏览量: 上传更新:2019-09-11 20:07

 众所皆知,无源晶振的价格通常比有源晶振的成本低得多,追其所在只因有源晶振无需外部电路借助起振,其内部集成石英晶体、晶体管、电阻电容等元件,只需要外加适当电源就能正常工作。而无源晶振自身无法震荡,需要借助外部电路起振,有人分析说,当有源晶振取代无源晶振在电路中使用,成本将会提高60%。如下表格所示

  

    
晶振电路 元件 价格(RMB) 晶振总价
有源晶振电路 有源晶振 4元 4.0
无源晶振电路 无源晶振 0.8 1.4
无缘冲反相器 0.5
电容,电阻 0.1

 

      尽管成本会高出60%左右,但有源晶振依然是工程师们的宠儿,无源晶振相对有源晶振来说,其缺点就是信号质量较差,通常需要精确匹配外围电路,如同我们以上表格中所说到的电容,电阻,电感等元器件。晶振频率调整时外部配置的电路也需要做相应的调整。有源晶振精度较高,抖动较低,低消耗,尽管价格会高出无源晶振电路,但有源晶振的精度往往能高出无源晶振,比如无源晶振高精度为5ppm,而有源晶振的精度则可以达到0.1ppm。精度越高,频率稳定性也更好。
     有源晶振在稳定性上要胜过无源晶振,但也有自身小小的缺陷,有源晶振的信号电平是固定,所以需要选择好合适输出电平,灵活性较差。
     无源晶体是有两个引脚的无极性元件,如图1(a)。正常工作时,需要借助外部电路产生振荡信号,自身并不需要单独外加电源。

 

图1晶体和晶振


有源晶振一般有四个引脚,如图1(b),其内部集成石英晶振、晶体管、电阻电容等元件。晶振是一个完整的振荡器,只需要外加适当电源就能正常工作,无需其他外加

1.晶体变晶振

采用晶体外加无缓冲反相器等元件组成晶振电路,原理及元件如图2.

 

图2无缓冲反相器和晶体组成的晶振电路


电路中电阻和电容的选择取决于反向器增益、频率稳定性、功耗、晶体特性和启动时间等,推荐参数如表2.

 

表2参数选择


U1:增加U1B主要是为了增大输出能力。无缓冲反相器的型号可以选择NXP、ON、TI等厂家的双反相器芯片。

RF:反向器的反馈电阻,它将反向器偏置在线性区域内。选择的RF值需要足够大,以便反向器的输入阻抗可以与晶体匹配。通常情况下,选择的值在1MΩ与10MΩ之间。

RS:将反向器的输出与晶体隔离开来,防止寄生高频振荡,以便获得良好的波形。通过选择大约等于容抗的值(RS≈XC2)可以获得可以接受的结果。

C1、C2:选择C1和C2的值时,要使C1和C2的并联值等于晶体数据表中指定的建议负载电容(CL)。另外,电容的选择还关系到晶振的启动时间、相移、谐振频率等。

2.参数测试

测试电路时,我们选用了三种不同频率的晶体(见表3)和三个厂家的无缓冲反相器进行组合测试,测试结果见表4.
 

 

表3晶体参数

表4多种电路的测试统计


频率:由晶振的调整频差(25℃±2℃)可以知道,晶体频率在其容忍频率范围内变动是允许的。表4中的测试频率均在允许范围内,并且变动范围较小。

占空比:数字系统对占空比要求并不严格,如果用在精确占空比的场合,用户需要对该参数进行筛选和测试。

启动时间:使用示波器的电平触发功能,测量从系统上电到输出稳定波形的时间。

高低温测试:根据晶体的工作温度,分别测试和记录了电路在85℃、70℃、50℃、25℃、0℃、-20℃、-40℃下的输出频率、占空比等参数,晶振均能顺利启振并参数正常。由于数据较多,篇幅有限,这里就不再列举。

 

 

    而无论是无源晶振,还是有源晶振,都有自身的优点和缺点所在,若考虑产品成本,建议可以选择无源晶振电路;若考虑产品性能,建议选择有源晶振电路,省时方便也能保证产品性能。

左边悬浮窗 邓先生 崔小姐 张小姐