晶振是晶體諧振器(quartz crystal, Xtal)和晶體振蕩器(crystal oscillator, XO)的統(tǒng)稱(chēng)，兩者的性能、價(jià)格不一樣，用法也完全不同。

其中，諧振器(Xtal)是石英晶片的封裝體，這個(gè)晶片從石英晶體按一定方式切割而成，并經(jīng)過(guò)了整形、拋光、鍍電極、調(diào)整等一系列真空操作，能以很高的Q值在指定的頻率起振。Xtal屬于無(wú)源元件，不包含起振電路，但在電路分布上與包含驅(qū)動(dòng)電路的IC芯片緊密相連。

晶體振蕩器(XO，右)與石英諧振器(Xtal，左)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

相較而言，晶體振蕩器(XO)是一個(gè)完整的電路，包含了諧振片(Xtal)、振蕩電路、輸出驅(qū)動(dòng)器和鎖相環(huán)電路(PLL)。XO以一定的頻率和信號(hào)格式輸出時(shí)鐘信號(hào)，如CMOS、LVDS、LVPECL等格式。電路中，XO可直接連接MCU等芯片，或者通過(guò)緩存的饋送提供特定頻率的多個(gè)版本。

那么，到底該選擇晶體諧振器(Xtal)，還是振蕩器(XO)?這需要考慮以下指標(biāo)。

時(shí)鐘精度要求高嗎?

晶體振蕩器(XO，右)與石英諧振器(Xtal，左)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

目前，許多消費(fèi)類(lèi)和電池驅(qū)動(dòng)型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都采用SoC芯片，通常需要時(shí)來(lái)同步，這樣的芯片內(nèi)部通常集成了振蕩電路，只需外接一個(gè)石英鏡片即可，這時(shí)選擇諧振器(Xtal)比較合適。

對(duì)于高端應(yīng)用，如數(shù)據(jù)中心、通信、工業(yè)自動(dòng)化等，應(yīng)用條件嚴(yán)苛，工作環(huán)境較差，通常會(huì)外接一個(gè)帶有保護(hù)裝置的XO，作為SoC芯片內(nèi)部PLL的參考時(shí)鐘。這時(shí)如果選擇晶體諧振器，宕機(jī)的概率比較大。

抖動(dòng)指標(biāo)是多少?

時(shí)序抖動(dòng)(Timing jitter)是衡量時(shí)鐘信號(hào)純度的有效指標(biāo)。抖動(dòng)越小，時(shí)鐘信號(hào)的噪聲就越小。由于晶體振動(dòng)器(XO)擔(dān)當(dāng)著系統(tǒng)“心跳”的角色，輸出一個(gè)清晰、低抖動(dòng)的時(shí)鐘信號(hào)非常必要。這里，抖動(dòng)可通過(guò)示波器的時(shí)域，或相位噪聲分析儀的頻域進(jìn)行測(cè)量。

需要可變頻率嗎?

很多振蕩應(yīng)用只需要一個(gè)單一、固定的頻率，如16.9344MHz、156.25MHz等。但在某些情況下，卻需要振蕩器提供可變頻率。例如，12G-SDI視頻格式就需要在297MHz和297/1.001MHz這兩個(gè)不同幀率的視頻之間切換。

雖然大多數(shù)情況下，電子工程師可能并不知道最終設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確頻率是多少，但是他們需要一個(gè)振蕩器作為頻率參考。對(duì)這些應(yīng)用，理想的方案是選擇一個(gè)能提供多個(gè)頻率、已經(jīng)預(yù)先設(shè)置并保存的XO晶振，如采用雙封、四封的多振蕩器產(chǎn)品。

XO晶振的另一形式是I2C可編程晶振。這種晶振具有最大的頻率靈活性，在很大頻率范圍內(nèi)具有恒定的低抖動(dòng)性能。這些器件可在線(xiàn)編程，可提供幾乎無(wú)限數(shù)量的頻率。

頻率穩(wěn)定性很重要嗎?

頻率穩(wěn)定性指XO晶振的輸出頻率隨溫度變化而偏移的大小，以PPM為單位，通常有±20ppm、±50ppm、±100ppm。如果頻率偏移超出了應(yīng)用預(yù)期值，就很可能發(fā)生時(shí)序紊亂。

當(dāng)然，衡量XO晶振頻率特性的還有總體穩(wěn)定性參數(shù)，這個(gè)參數(shù)還包括了25°C的初始準(zhǔn)確度，以及經(jīng)過(guò)一段老化時(shí)間后的數(shù)值的總和。

同樣，石英諧振器經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)一段時(shí)間后，輸出頻率也會(huì)慢慢的發(fā)生偏移。在規(guī)格書(shū)(datasheet)上，有的晶振供應(yīng)商標(biāo)出的是25°C一年時(shí)間的老化值，有的是10年或更長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)值，這也需要引起注意，以免混淆。

審核編輯：湯梓紅