标签: 陶瓷晶振

频率元器件有石英晶体谐振器（quartz crystal resonator）、石英晶体振荡器（crystal oscillator module）、硅振荡器（Si-MEMS oscillator）、陶瓷谐振器（ceramic resonator）四种。由于起振材料、驱动电路各不不同，性能及目标应用也不一样，应用选型时需要多方面权衡。 以下按起振材料和驱动电路的不同，分别对这些频率元器件进行分类对比。 1.起振材料 按时钟源的起振材料，频率元器件可分为石英（SIO2）、硅（SI）、陶瓷三大类。 石英晶体谐振器（Xtal）、晶体振荡器（XO）与陶瓷谐振器 （1）石英频率元器件 石英频率元器件有晶体谐振器（Xtal）、晶体振荡器（XO）两类，它们都采用石英片作为起振源。 谐振器（Xtal）是无源元件，需要配置驱动电路才能构成振荡器，并且输出信号的电压由起振电路决定，允许不同的电压输出，但信号质量和精度都不如有源的晶体振荡器（XO）。应用中，用户需要精确匹配外围电路（电感、电容、电阻等），如需更换晶振就要同时更换外围电路。 有源晶振（XO）带有驱动电路并优化完成 有源晶振（XO）是带有驱动电路，并匹配优化完成，已经封装完好的振荡器，可以提供高精度的频率基准。使用时，用户不需要配置，只要选对频率和输出电平格式就OK了。 （2）陶瓷谐振器 陶瓷谐振器也是一种重要的频率元件，典型初始精度在0.5%至0.1%范围内，老化或温漂可使精度超出这一范围。廉价陶瓷谐振器的频差只有±1.1%，较高端的可达±0.25%和±0.3%。 陶瓷器件起动较快，工作温度为-40°C至+125°C，而且体积一般小于石英器件，也更能承受冲击与振动，因此大量应用于汽车CAN总线控制，以及对时序要求不严格的低成本嵌入式系统。 （3）陶瓷谐振器 硅振荡器（MEMS硅晶振）采用标准半导体工艺制程，是组合了MEMS与CMOS电路技术的高性能全硅时钟频率器件，有望解决生产工艺复杂的石英振荡器的各种弊端，包括稳定性不高，频率有限，尺寸较大，品质一致性差，备货时间长，以及受材料特性限制产能等一系列问题。不过，硅晶振目前尚未成为主流。 RC振荡器是性能最差的振荡器，但电路布设灵活，成本也非常最低，是目前应用最广泛的时钟发生电路。 （4）硅振荡器 硅振荡器（Si-MEMS oscillator）以硅为起振材料，通过半导体MEMS工艺制成，性能与石英振荡器相当，并具有低成本、与半导体工艺兼容性好等优势，适合AIOT终端小体积、薄型化的发展方向。一些典型特征如下： 1）全自动化半导体工艺（芯片级），无气密性问题，永不停振。 2）内部包含温补电路，温漂很小。 3）平均无故障工作时间5亿小时。 4）抗震性能25倍于石英振荡器。 5）支持1-800MHZ任一频点，精确致小数点后5位输出。 6）支持1.8V、2.5V、2.8V、3.3V多种工作电压匹配。 7）支持10PPM、20PPM、25PPM、30PPM、50PPM等各种精度匹配。 8）支持7050、5032、3225、2520所有标准尺寸封装。 9）标准四脚、六脚封装，无需任何设计改动，直接替代石英振荡器。 10）支持差分输出、单端输出、压控（VCXO）、温补（TCXO）等产品种类。 硅振荡器的优势 硅振荡器可通过芯片内的fractional - NPLL和非易失性存储器，对频率、电压和精度进行编程调整，并组合成不同功能的时钟产品。除了SiTime外，硅振荡器主要由一些半导体芯片厂商制造，如ADI、diodes、ST、TI等。 2.驱动电路 从电路功能上，频率元器件可分为两大类，一类是谐振器（石英谐振器、陶瓷谐振器），另一大类是振荡器（石英晶体振荡器、硅振荡器、RC振荡器）。简单来说，给谐振器加上驱动电路就变成了振荡器。 （1）谐振器 谐振器包括石英谐振器、陶瓷谐振器两种，它们配置灵活，用户可根据应用需求自由选择外围振荡电路及其元器件。 其中，石英谐振器具有众所周知的天然优势，频率精度远远高于陶瓷谐振器，但成本也比陶瓷谐振器高很多。 陶瓷谐振器的频率误差、品质因数等性能远低于石英产品，频率温度稳定性也较差。但是，陶瓷谐振器的尺寸较小，成本通常只有晶体谐振器的一半，也能满足一些电子产品的频率控制需求，适合那些成本敏感且对性能要求不高的场合。 （2）振荡器 振荡器（oscillator）是一种能量转换装置，将直流电能转换为具有一定频率的交流电，其构成的电路叫振荡电路。 谐振器加上驱动电路就构成了振荡器 与谐振器相比，振荡器是一种有源器件，多了一个用来控制频率的振荡电路，可产生精准、规则的频率信号（通常是正弦波或方波），这些信号质量好、稳定，而且连接方式相对简单，用户只需做好电源滤波即可，不需要复杂的配置电路。 当然，振荡器也有缺点，信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，而且体积较大、价格高，有些石英晶体振荡器的起振时间较长，用起来不够灵活，限制了用户的自由发挥空间。但是谁都不拒绝高性能和高可靠，例如工业、医疗、科学研究等时序敏感型应用。

陶瓷谐振器，一般习惯叫陶瓷晶振，但是它是以锆钛酸铅(PZT)分子式:Pb(Zr1-XTiX)O3为主要原料，将其加工成有压电效应的陶瓷材料。然后进行极化处理制作成陶瓷片。镀银后放入有弹性电极的壳内进行密封。陶瓷晶体结构见图1. 陶瓷谐振器的精度一般为±300ppm ~ 500ppm，应用在普通产品上，例如USB, 玩具，硬盘，驱动等对精度要求不高的产品。 图1：陶瓷晶体结构 石英晶振是对石英晶片施加压力，晶片上会产生电荷；反之，对晶片两端的电极施加电压时，晶体会产生机械变形。晶片的频率取决于晶片的切割，尺寸等因素。晶片的Q值越高，频率越稳定。石英晶振应用在仪器仪表，通信系统等。石英晶体的结构图见图2。 图2：石英晶体结构 陶瓷vs石英晶振 相比石英晶振，陶瓷晶振的精度和频率稳定度都要低： 图3：陶瓷和石英晶体电性能对比（数据来源于网络） 图4: KOAN无源晶振KX70 实测电性能参数 陶瓷面晶振≠陶瓷晶振 陶瓷面晶振为表面贴装器件为陶瓷封装基座，黑色，材料为93氧化铝瓷。下图为KX502，两脚陶瓷面5.0x3.2mm KOAN无源晶体。陶瓷面贴片耐湿性，绝缘性，气密性，避光性好。 KX502 两脚陶瓷面5.0x3.2mm 除陶瓷面晶振，还有金属面封装晶振，其耐热和稳定度优于陶瓷面贴片. KX50 四脚金属面5.0x3.2mm谐振器

  晶振 一般都有陶瓷封装与石英封装。通常在我们眼中石英晶振的精度和稳定度远远超过陶瓷 晶振 。而当我们提及到陶瓷封装的晶振，并非为我们常见的陶瓷晶振，只是表面贴装器件为陶瓷封装基座。陶瓷封装基座材料为93氧化铝瓷。表面是黑色，基座上覆上一定与陶瓷紧密接合的金属层，也称之为陶瓷金属化。这种陶瓷封装基座广泛用于石英晶体振荡器和石英晶体谐振器。     以 5032 贴片晶振 为例，我们似乎很少碰到采购5032贴片晶振石英基座的工厂，发而只要是5032贴片晶振，基本以陶瓷封装居多。很多采购往往不知道陶瓷面封装的晶振和金属封装的晶振有什么区别。陶瓷封装与金属封装谈不上谁好谁坏，只有是否适合。不同行业会应用到不同的封装。                陶瓷面封装的产品具备的优点： 1、耐湿性好，不易产生微裂现象； 2、热冲击实验和温度循环实验后不产生损伤，机械强度高； 3、热膨胀系数小，热导率高； 4、绝缘性和气密性好，芯片和电路不受周围环境影响，更重要的是其气密性能满足高密封的高要求； 5、避光性好，能有效的遮蔽可见光及极好的反射红外线，还能满足光学相关产品的低反射要求。

  　　陶瓷谐振器用通俗易懂的话讲就是陶瓷晶振，但陶瓷晶振别名又叫陶振，在中国 晶振厂家 最常的叫法则是如此。陶瓷晶振用专业术语来解释，可能还是有很多人都听不懂，若说说陶瓷晶振的使用范围，可能对陶瓷晶振就不会陌生了。陶瓷种类很多，各具有不同的物、化性质及电特性，可用于制作多类元器件。利用其绝缘特性可制作陶瓷电容器；利用耐压特性可制作陶瓷臭氯片；利用正温度系数可制作PTC元件；利用电热性能可制作陶瓷发热体；利用压电效应可制作滤波器、晶振及发音片等。 　　犹记得小时候空闲得当之时，电视成了生活中的最重要的一部分，然而喜欢稀奇事物的我们，看着电视会同时用遥控器按开游戏，边游戏边看着电视中的剧情，忙的不亦乐乎。现在才知道遥控器中，藏着大秘密哟，里面有颗晶振，人们都称为陶瓷谐振器。 　　     1.陶瓷晶振的结构 　　陶瓷晶振是以锆钛酸铅为主要原料。采取一定配方参合微量稀有元素，制取压电效应优良的陶瓷材料，再进行极化（单晶取向）处理和采用不同切型工艺制取方形陶瓷片，将其两面蒸镀银层，然后嵌入装有弹性电极的壳腔内进行密封，在外壳标记型号、参数，即制成陶瓷晶振.       2.陶瓷晶振的工作原理 　　陶瓷晶振的结构与瓷片电容的结构类似，但两者的特性差别很大。电容器只具备充/放电特性，可以导通交流信号；陶瓷晶振由于制作材料具有压电效应，只要加上了激励电平，它就进入振动状态，形成谐振和产生一定谐振频率，并不是单纯的充、放电。陶瓷晶振的这种特性完全等效于如下图的LC谐振电路。这表明，陶瓷晶振与 石英晶振 的工作原理相同。 　　陶瓷晶振与石英晶振比较，石英晶振的性能更高，但陶瓷资源广泛、价格低廉，因此陶瓷晶振更具有发展潜力。     3．陶瓷晶振的型号 　　市面上，石英晶振与陶瓷晶振的型号都很多，并不统一。石英晶振与陶瓷晶振的型号命名也不相同。这里仅介绍陶瓷晶振犁号命名的主流方法，它由三个部分组成：第一部分用一个字母表示主称；第二部分用一个字母表示封装材料或外壳形状；第三部分用一个字母表示介质的切型或振动方式，各部分字母及其意义见下列表格。 　　 陶瓷晶振 是根据他内部的芯片采用的“压电陶瓷芯片材料”而得名，封装一般采取塑封外形尺寸为7.5*9*3.5（单位：毫米），代表产品：455KHZ系列；还有一种是采取环氧树脂和酚醛混合物作为包封材料，经过高温固化形成为硬质陶瓷材料的外壳，一般为棕色和蓝色，代表产品：ZTT4.0MHZ。陶瓷晶振频率精度按照国际通用标准表示为：千分之三和千分之五．