无源晶振与有源晶振

电子线路中的晶体振荡器分为无源晶振和有源晶振两种类型。它们的英文名称不同，无源晶振为crystal（晶体），而有源晶振则叫做oscillator（振荡器）。

一、无源晶振

无源晶振是有2个引脚的无极性元件，如图1所示，通常有直插式封装和贴片封装两种，需要借助于时钟电路（接到主IC内部的震荡电路）才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确。

图1  无源晶振

无源晶振信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路也需要做相应的调整。一般建议采用精度较高的石英晶体，尽可能不要采用精度低的陶瓷晶体。

图2是单片机时钟电路的内部时钟方式，利用芯片内部的振荡器，在引脚XTALl和XTAL2两端跨接无源晶体振荡器，构成稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路。Cl和C2的值通常选择为30±10 pF，例如22pF或33pF，它们对频率有微调作用。

图2 使用无源晶振的时钟电路

二、有源晶振

有源晶振是一个完整的振荡器，其中除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件，因此体积较大。

有源晶振不须要CPU的内部振荡器，信号稳定，质量较好，而且连接方式比较简单（主要做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），不需要复杂的配置电路。

如图2所示，有源晶振的有4个引脚，有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。第1脚悬空（NC），第2脚接地（GND），第3脚信号输出（CLK），第4脚电源（VCC）。

图3 有源晶振

图4是内部时钟方式，对于常见的CHMOS型单片机，有源晶振产生的外部振荡脉冲接入XTAL1，XTAL2引脚悬空。

图4 使用有源晶振的时钟电路

三、有源晶振和无源晶振的区别

1、有源晶振比较贵，但是有源晶振自身就能震动。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。

2、无源晶振最高精度为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。

3、有源晶振一般4个脚，无源晶振有2个引脚。

四、设计PCB注意事项

设计PCB时，晶振和电容应尽可能靠近XTAL1和XTAL2引脚，以减少寄生电容的影响，使振荡器能够稳定可靠地为单片机CPU提供时钟信号。

★温馨提示：本部分内容选自《单片机学习与实践教程》，朱向庆编著，北京邮电大学出版社，2018年出版，引用请注明出处。