无源晶振（crystal）和有源晶振（oscillator）详解
无源晶振（crystal）和有源晶振（oscillator）详解
在PCB设计中，晶振（晶体振荡器）是非常重要的电子元器件，相信大部分的PCB工程师对它都不会陌生。而对于有源晶振与无源晶振，很多人却是“傻傻分不清楚”。本文将从定义、结构、性能、区别和应用等多个维度，详细解析这两种晶振的差异。
一、无源晶振和有源晶振的定义
无源晶振（crystal）：无源晶振一般有两个引脚，无极性。它自身无法震荡起来，一般外部都接有两个10-22PF的瓷片电容。
无源晶振参考电路，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。
有源晶振（oscillator）：有源晶振有4只引脚，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。有源晶振的封装有4个引脚，分别为VCC（电压）、GND（地）、OUT（时钟信号输出）、NC（空脚）。
有源晶振参考电路有源晶振不需要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。
二、无源晶振和有源晶振的结构
无源晶振（crystal）：无源晶振的结构也很简单，通常由晶体共振器和引脚组成。它没有振荡电路和输出缓冲器，因此需要外接驱动电路才能正常工作。无源晶振的输出信号通常是单个方波或者正弦波，需要进一步处理才能得到数字信号。
有源晶振（oscillator）：有源晶振的结构较为简单，通常由晶体共振器、振荡电路和输出缓冲器组成。振荡电路由晶体谐振器和晶体管组成。晶体谐振器的质量决定了晶振的精度和稳定性。晶体管的作用是将振荡信号放大，并将它输出到输出缓冲器。
有源晶振中IC的介绍：
在有源晶振（Active Crystal Oscillator）中，IC代表集成电路（Integrated Circuit），通常是指在晶振电路中使用的控制和驱动晶振的芯片。IC在有源晶振电路中扮演着关键的角色。
有源晶振是一种使用集成电路来驱动和控制晶体振荡器的系统。它包含一个晶体振荡器作为频率参考，并使用集成电路来提供稳定的驱动信号和精确的频率控制。IC负责维持晶振的稳定振荡以及提供所需的时钟信号。
有源晶振中IC的作用：
（1）驱动晶体振荡器：IC提供所需的电流和电压来驱动晶体振荡器，使其产生稳定的振荡信号。晶振的频率由晶振器的物理特性决定。
（2）频率控制：IC通过调节电压、电流或电容等参数，对晶振的频率进行控制。这使得晶振可以根据需要提供不同的频率输出。
（3）频率稳定性：IC能够提供温度补偿和其它校正功能，以保持晶振的稳定性和准确性。这对于要求高精度时钟源的系统非常重要。
（4）输出驱动：IC还可以提供经过放大和处理的时钟信号输出，以满足系统对时钟信号的要求。它可以提供足够的电流和电压来驱动接收器或其它外部电路。
总而言之，IC在有源晶振电路中是驱动和控制晶体振荡器的核心部分。它通过提供稳定的驱动信号和精确的频率控制，确保晶振在各种环境条件下能够产生准确、稳定的时钟信号。这对于许多应用，如通信设备、计算机、汽车电子等都非常重要。
三、无源晶振和有源晶振的性能
无源晶振（crystal）：无源晶振的性能较差，由于没有集成驱动电路，功耗较高，精度和稳定性也不如有源晶振。此外，无源晶振需要外接驱动电路才能正常工作，增加了设计和布线的难度。但是，无源晶振具有成本低、可靠性高的优点，在某些特殊应用场合下仍然具有一定的优势。
有源晶振（oscillator）：有源晶振具有许多优点，例如低功耗、稳定性好、启动时间短、抗干扰能力强等。由于内部已经集成了驱动电路，因此有源晶振可以直接接入数字电路，省去了外接驱动电路的麻烦。此外，有源晶振的体积小、重量轻，非常适合集成在各种小型电子设备中。
四、无源晶振和有源晶振的区别
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，一个电源，一个接地，一个信号输出端，一个NC（空脚）。有个点标记的为1脚，按逆时针（管脚向下）分别为2、3、4。
4、无源晶振有2个引脚，需要借助于外部的时钟电路(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。
五、无源晶振和有源晶振的应用
有源晶振广泛应用于各种数字电子设备中，例如计算机、手机、电视机、音响等。有源晶振可以提供稳定的时钟信号，确保设备的正常工作。由于体积小、功耗低，因此非常适合集成在各种小型电子设备中。
无源晶振一般适用于一些低速应用场合，例如电子钟、计时器等。它可以提供稳定的时钟信号，但是精度和稳定性不如有源晶振。由于成本低、可靠性高，无源晶振在某些特殊应用场合下仍然具有一定的优势。
总结一下
总之，有源晶振和无源晶振各有优缺点，在实际应用中需要根据具体情况选择。有源晶振适合高速、小型化的数字电子设备，而无源晶振适合一些低速、低成本的应用场合。