有源晶振与无源晶振的原理结构差异？
2025-04-15 14:03:36
晨欣小编
一、基本定义与工作原理
1.1 无源晶振（Passive Crystal）
无源晶振，又称“石英晶体谐振器”，本质上是一个只能被动谐振的元件。它不具备内部电路驱动功能，依赖外部振荡电路激发其工作。
工作原理：
利用石英晶体的压电效应；
在施加交变电压后，晶体发生机械振动；
形成电谐振回路，通过频率筛选作用维持稳定频率。
特点：
自身不产生振荡信号；
需配合MCU、ASIC或专用振荡器IC使用；
多用于成本敏感、低功耗系统中。
1.2 有源晶振（Active Crystal Oscillator）
有源晶振是指内部集成了激励与放大电路的振荡器元件，可以直接输出稳定时钟信号。
工作原理：
内部包含石英晶体、振荡电路（如反相器）、缓冲器；
通电后立即起振，输出固定频率的方波或正弦波；
输出信号稳定、驱动能力强。
特点：
即插即用，无需外部起振电路；
起振速度快，频率精度高；
多用于通信、工业控制、服务器、FPGA等时钟精度要求高的场合。
二、结构组成上的差异
对比维度
无源晶振
有源晶振
内部结构 | 仅含石英晶体谐振器 | 石英晶体 + 振荡电路 + 缓冲器等 |
起振电路 | 无，依赖外部电路 | 有，自带内部起振驱动 |
封装形式 | 简单，两脚常见（如HC-49） | 封装复杂，多脚（4~6脚SMD） |
输出信号 | 无输出 | 有固定频率输出（方波或正弦波） |
电源需求 | 无需供电 | 需额外供电（通常为1.8V~5V） |
三、性能参数对比
参数类别
无源晶振
有源晶振
起振时间 | 慢，依赖外部回路和驱动能力 | 快（一般几毫秒内起振） |
输出稳定性 | 受外围电路和温度影响较大 | 稳定性强（温补型/压控型可选） |
驱动能力 | 弱（无主动输出） | 强（可驱动多个IC） |
频率精度 | 一般（±30ppm~±50ppm） | 更高（±10ppm甚至±1ppm） |
温度特性 | 较差 | 好（可带温补功能，TCXO） |
电磁干扰抗性 | 较好 | 输出频率高，易带来EMI问题 |
四、典型应用场景比较
场景类型
推荐晶振类型
原因分析
单片机基础时钟 | 无源晶振 | 成本低，功耗小，常用于8位MCU如51/STM8等 |
高速通信设备 | 有源晶振 | 对频率稳定性要求极高（如千兆以太网、USB3.0等） |
工业控制/PLC | 有源晶振 | 抗干扰强、起振快，温度变化频繁时仍稳定工作 |
电池供电IoT设备 | 无源晶振 | 低功耗优先，匹配MCU内部振荡器 |
FPGA/SoC核心系统 | 有源晶振 | 驱动能力强，可直接作为主时钟源 |
GPS/定位模块 | 有源晶振（TCXO） | 高精度和高稳定性，适应环境温漂变化 |
五、选型建议与注意事项
5.1 有源晶振选型要点
频率精度（ppm）：根据系统要求选择±10ppm、±20ppm或更低；
输出波形：选择CMOS、LVDS、正弦波等匹配驱动芯片；
供电电压：注意是否兼容系统1.8V/2.5V/3.3V；
温补要求：温度剧烈变化环境中推荐使用TCXO/OCXO；
EMC控制：输出频率高时注意PCB布线和滤波器设计。
5.2 无源晶振选型注意事项
匹配性：需与主控芯片振荡电路参数（电容、增益）匹配；
负载电容CL：需根据PCB布局实际调整，确保频率准确；
起振能力：部分低功耗MCU起振电路较弱，慎选高频无源晶振；
封装形式：如用于自动贴片，推荐选SMD封装（如3225、2520等）。
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