帝国科技公司教你分辨晶振的波形和正确选择波形应用
来源：http://www.dgkjly.com 作者：帝国科技 2012年06月16
帝国科技主要生产晶振，石英晶振，表晶、32.768K、陶瓷晶振，代理进口晶振，下面给分享一下怎么辨别晶振的波形和正确选择波形应用。
晶振的输出波形主要有三大类：正弦波、方波和准正弦波。
晶振负载主要有以下几种：
1、正弦波：负载50欧姆或1k欧姆；
2、方波：N个TTL负载或N个PF电容；
3、准正弦波：10K欧姆并联10PF电容；
此外还有差分输出PECL、LVDS等高频（100MHz以上）常用的，实际使用中晶振的输出一般用于驱动以下电路形式：
1、同轴电缆类的长线输出；
2、滤波器类的电路的输出；
以上两种电路一般适用于50欧姆的负载。这是因为以上两种电路一般需要50欧姆负载作匹配，在射频领域还有75欧姆、300欧姆等特征阻抗，需要时要加以说明。此类的输出波形最适合的为正弦波，正弦波经过长线传输后波形只是幅度有所衰减，波形并不会有畸变。
3、门电路的输入；
要驱动门电路，需要讲究高电平、低电平、占空比、上升时间、下降时间等指标，否则难以顺利驱动。因此方波是最适合的波形。门电路也有TTL和CMOS门的区分，但目前主流的电路都实现了TTL/CMOS的兼容，作为高阻抗的输入，其输入的电阻成分阻值很大，但具有一定的容性阻抗。例如典型的74HC04与非门的输入阻抗约为3.5PF（有时候晶振输出不止驱动一个门，因此方波负载一般为15PF，这样可以驱动3~4个门，有种高驱动能力的重负载为50PF，可以驱动十几个门）。
4、取代石英谐振器作为振荡电路的输入
在很多电子芯片中都可以直接使用晶体谐振器做为时钟脉冲产生器，如果要求更高质量的时钟，也会用到晶体振荡器。例如常用的单片机AT89C51，其管脚XTAL1和XTAL2本是用来接晶体谐振器的（另外需要2个电容），如果用来接晶体振荡器：分析其内部电路可知，XTAL1脚为其内部振荡电路的输入端，输入阻抗很高，放大倍数很大，因此较小的波形就可以使其触发工作（峰峰值100mV~1V），特别适合于准正弦波的驱动。正弦波输出的晶振也可以对其驱动，但需要在输入端加阻抗匹配电阻，对晶振的输出也是一种浪费。方波输出的晶振也可以对其驱动，但因方波输出幅度太大，存在过驱动的嫌疑，过驱动的坏处就是会使时钟电路的噪声变大，如果对噪声不敏感，也可以这样用。方波输出的晶振最好接入XTAL2管脚，XTAL2管脚是门电路输入和输出的并联，其输入阻抗较低，需要的驱动电平较大（至少要达到TTL电平低电平小于0.4V，高电平大于2.4V的标准）。用正弦波或准正弦波需要其带负载时峰峰值达到2V以上才可以。说明：接晶体振荡器时，管脚上的2个电容一般是不需要的。
5、三极管、高速运放电路的输入
有时候用户为实现整形、放大等目的，用三极管、高速运放对晶振波形进行处理，这种情况下负载阻抗一般不是太重，用正弦波的波形最为合适。需要提供负载、波形幅度等参数。
6、对EMI、频率干扰有特殊要求的电路
这种电路要求输出的高次谐波成分很小，因此不管驱动的是什么电路，都以正弦波为最好。
方波输出分为：TTL电平和CMOS电平在：
TTL电平输入低电平<=0.8V，高电平>=2.0V；输出低电平<0.4V，高电平>2.4V，最大低电平和最小高电平之间是无效电压；
CMOS电平输入低电平<0.3Vcc，输入高电平>0.7Vcc，输出低电平<0.1Vcc（接近于0），输出高电平>0.9Vcc（接近于电源电压）。
无源晶体输出波形为正弦波，有源晶振输出波形为正弦波或方波。有源晶振本身输出是正弦波，在其内部加了整形电路，所以输出是方波，正弦波一般用的很少，普遍用的都是方波输出（很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波，这是由于示波器的带宽不够。例如：有源晶振20MHz，如果用40MHz或60MHz的示波器测量，显示的是正弦波，这是由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加，带宽不够的话，就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波，所以显示正弦波。完美的再现方波需要至少10倍的带宽，5倍的带宽只能算是勉强，所以需要至少100M的示波器。）。
方波主要用于数字通信系统时钟上，用来驱动时纯计数电路或门电路，对方波主要有输出电平、占空比、上升/下降时间、驱动能力等几个指标要求。正弦波主要用于对EMI、频率干扰有特殊要求的电路，这种电路要求输出的高次谐波成分很小；后面有模拟电路选用正弦波也是比较好的选择。通常需要提供例如谐波、噪声和输出功率等指标。方波输出功率大，驱动能力强，但谐波分量丰富；正弦波输出功率不如方波，但其谐波分量小很多。
有源晶振的频率输出必定要有某个波形作为输出载体，波形的输出也必定会伴随着某个负载值。在实际使用中，波形负载也是晶振的非常重要参数指标。选择不当的话，轻则导致晶振或其他模块工作不正常，功能无法实现，重则损坏模块甚至整机。
作者：帝国科技
晶振的输出波形主要有三大类：正弦波、方波和准正弦波。
晶振负载主要有以下几种：
1、正弦波：负载50欧姆或1k欧姆；
2、方波：N个TTL负载或N个PF电容；
3、准正弦波：10K欧姆并联10PF电容；
此外还有差分输出PECL、LVDS等高频（100MHz以上）常用的，实际使用中晶振的输出一般用于驱动以下电路形式：
1、同轴电缆类的长线输出；
2、滤波器类的电路的输出；
以上两种电路一般适用于50欧姆的负载。这是因为以上两种电路一般需要50欧姆负载作匹配，在射频领域还有75欧姆、300欧姆等特征阻抗，需要时要加以说明。此类的输出波形最适合的为正弦波，正弦波经过长线传输后波形只是幅度有所衰减，波形并不会有畸变。
3、门电路的输入；
要驱动门电路，需要讲究高电平、低电平、占空比、上升时间、下降时间等指标，否则难以顺利驱动。因此方波是最适合的波形。门电路也有TTL和CMOS门的区分，但目前主流的电路都实现了TTL/CMOS的兼容，作为高阻抗的输入，其输入的电阻成分阻值很大，但具有一定的容性阻抗。例如典型的74HC04与非门的输入阻抗约为3.5PF（有时候晶振输出不止驱动一个门，因此方波负载一般为15PF，这样可以驱动3~4个门，有种高驱动能力的重负载为50PF，可以驱动十几个门）。
4、取代石英谐振器作为振荡电路的输入
在很多电子芯片中都可以直接使用晶体谐振器做为时钟脉冲产生器，如果要求更高质量的时钟，也会用到晶体振荡器。例如常用的单片机AT89C51，其管脚XTAL1和XTAL2本是用来接晶体谐振器的（另外需要2个电容），如果用来接晶体振荡器：分析其内部电路可知，XTAL1脚为其内部振荡电路的输入端，输入阻抗很高，放大倍数很大，因此较小的波形就可以使其触发工作（峰峰值100mV~1V），特别适合于准正弦波的驱动。正弦波输出的晶振也可以对其驱动，但需要在输入端加阻抗匹配电阻，对晶振的输出也是一种浪费。方波输出的晶振也可以对其驱动，但因方波输出幅度太大，存在过驱动的嫌疑，过驱动的坏处就是会使时钟电路的噪声变大，如果对噪声不敏感，也可以这样用。方波输出的晶振最好接入XTAL2管脚，XTAL2管脚是门电路输入和输出的并联，其输入阻抗较低，需要的驱动电平较大（至少要达到TTL电平低电平小于0.4V，高电平大于2.4V的标准）。用正弦波或准正弦波需要其带负载时峰峰值达到2V以上才可以。说明：接晶体振荡器时，管脚上的2个电容一般是不需要的。
5、三极管、高速运放电路的输入
有时候用户为实现整形、放大等目的，用三极管、高速运放对晶振波形进行处理，这种情况下负载阻抗一般不是太重，用正弦波的波形最为合适。需要提供负载、波形幅度等参数。
6、对EMI、频率干扰有特殊要求的电路
这种电路要求输出的高次谐波成分很小，因此不管驱动的是什么电路，都以正弦波为最好。
方波输出分为：TTL电平和CMOS电平在：
TTL电平输入低电平<=0.8V，高电平>=2.0V；输出低电平<0.4V，高电平>2.4V，最大低电平和最小高电平之间是无效电压；
CMOS电平输入低电平<0.3Vcc，输入高电平>0.7Vcc，输出低电平<0.1Vcc（接近于0），输出高电平>0.9Vcc（接近于电源电压）。
无源晶体输出波形为正弦波，有源晶振输出波形为正弦波或方波。有源晶振本身输出是正弦波，在其内部加了整形电路，所以输出是方波，正弦波一般用的很少，普遍用的都是方波输出（很多时候在示波器上看到的还是波形不太好的正弦波，这是由于示波器的带宽不够。例如：有源晶振20MHz，如果用40MHz或60MHz的示波器测量，显示的是正弦波，这是由于方波的傅里叶分解为基频和奇次谐波的叠加，带宽不够的话，就只剩下基频20MHz和60MHz的谐波，所以显示正弦波。完美的再现方波需要至少10倍的带宽，5倍的带宽只能算是勉强，所以需要至少100M的示波器。）。
方波主要用于数字通信系统时钟上，用来驱动时纯计数电路或门电路，对方波主要有输出电平、占空比、上升/下降时间、驱动能力等几个指标要求。正弦波主要用于对EMI、频率干扰有特殊要求的电路，这种电路要求输出的高次谐波成分很小；后面有模拟电路选用正弦波也是比较好的选择。通常需要提供例如谐波、噪声和输出功率等指标。方波输出功率大，驱动能力强，但谐波分量丰富；正弦波输出功率不如方波，但其谐波分量小很多。
有源晶振的频率输出必定要有某个波形作为输出载体，波形的输出也必定会伴随着某个负载值。在实际使用中，波形负载也是晶振的非常重要参数指标。选择不当的话，轻则导致晶振或其他模块工作不正常，功能无法实现，重则损坏模块甚至整机。
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