晶振工作原理及参数详解

晶振电路周期性输出信号的标称频率（

Normal Frequenc y

），就是晶体元件规格书中所

指定的频率，也是工程师在电路 设计和元件选购时首要关注的参数。晶振常用标称频率在

1

～< /p>

200MHz

之间，比如

32768Hz

、

8MHz

、

12MHz

、

24MHz

、

等，更高的输出频

率也常用

PLL

（锁相环）将低频进行倍频至

1GHz< /p>

以上。

输出信号的频率不可避免会有一 定的偏差，我们用频率误差（

Frequency Tolerance

）或

频率稳定度（

Frequency Stabil ity

）来表示，单位是

ppm

，即百 万分之一（

parts per million

）

1/10

6

），是相对 标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。比如，

12MHz

晶振偏差为

±

20ppm

，表示它的频 率偏差为

12×

±

20Hz=±

240Hz

，即频率范围是（

1199976 0

～

12000240Hz

）。另外， 还有一个温度频差（

Frequency Stability vs Temp

），表示在特定温

度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允 许偏离，它的单位也是

ppm

。

我们经常还看到其它的一些参数，比如负载电容、谐振电阻、静电容等参数，这些与

晶体的物理特性有关。石英晶体有一种特性，如果在晶片某轴向上施加压力时，相应施力

的方向会产生一定的电位。

相反的，在晶体的某轴向施加电场时，会使晶体产生机械变形；

如果在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，机 械形变振动又会产生交

变电场，尽管这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分 稳定的。当外加交变电

压的频率与晶片的固有频率（与切割后的晶片尺寸有关，晶体愈薄 ，切割难度越大，谐振

频率越高）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为< /p>

“

压电谐振

”

。

将石英晶片按一定的形状进行切割后，再用两个电极板夹住 就形成了无源晶振，其符

号图如下所示：

下图是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性 的简化电路。

其中：

C1

为动态等效串联电容；

L1

为动态等效串联电感；

R1

为动态等效串联电阻，它是晶体内部摩擦性当量；

< br>

C0

为静态电容，相当于两个电极板之间的电容量；< /p>

这个等效电路有如下图所示的频响特性曲线：

当

R1

、< /p>

L1

、

C1

串联 支路发生谐振的频率即串联谐振频率（

Fr

），此时容抗与感抗 相

互抵消，因此，支路相当于只有等效串联电阻

R1

这个频率是晶体的 自然谐振频率，它在高稳晶振的设计中，是作为使晶振稳定工作于

标称频率、确定频率调 整范围、设置频率微调装置等要求时的设计参数（但不是标称频

率），其表达式如下所示 ：

等效串联电阻

< br>R1

决定晶体元件的品质因数，品质因数又称机械

Q

值，它是反映谐振

器性能好坏的重要参数，它与

L1

和

C1

有如下关系：