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晶振概念
石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。
这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。
利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(线圈和电容)谐振回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。
晶振分类
1、按制作材料，分为石英晶振和陶瓷晶振。
石英晶体振荡器定义
是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。
石英晶体振荡器分类
（1）非温度补偿式晶体振荡器。
（2）温度补偿晶体振荡器（TCXO）。
（3）电压控制晶体振荡器（VCXO）。
（4）恒温控制式晶体振荡器（OCXO）。
（5）数字化/μp补偿式晶体振荡器（DCXO/MCXO）。
（6）......
其中，无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种，在日本工业标准（JIS）中，称其为标准封装晶体振荡器（SPXO）。
石英晶体振荡器的应用
（1）石英钟走时准、耗电省、经久耐用为其最大优点。不论是老式石英钟或是新式多功能石英钟都是以石英晶体振荡器为核心电路，其频率精度决定了电子钟表的走时精度。
（2）随着电视技术的发展，近来彩电多采用500kHz或503kHz的晶体振荡器作为行、场电路的振荡源，经1/3的分频得到15625Hz的行频，其稳定性和可靠性大为提高。面且晶振价格便宜，更换容易。
（3）在通信系统产品中，石英晶体振荡器的价值得到了更广泛的体现，同时也得到了更快的发展。许多高性能的石英晶振主要应用于通信网络、无线数据传输、高速数字数据传输等。
陶瓷晶振定义
就是指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。
2、按外形，分为长方形晶振、圆柱形晶振、椭圆形晶振。
3、按封装形式，分为玻璃真空密封型晶振、金属壳封装型晶振、陶瓷封装型晶振、塑料壳封装型晶振。
4、按照封装形式还可以分为贴片和直插。
5、按谐振频率精度，分为高精度型、中精度型和普通型晶振。
6、按应用特性，分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。
串联谐振型晶振
①串联谐振型晶振的负载电容较小，属于低负载电容型晶振；
②串联谐振型晶振只能在低负载电容的条件下，或者说只能在串联型振荡电路中使用；
③由于晶振是与负载电容串联形成谐振，所以可通过微调负载电容，把振荡频率精确地调到标准值。
并联谐振型晶振
①并联谐振型晶振的负载电容很大，属于高负载电容型晶振；
②并联谐振型晶振只能在高负载电容的条件下，或者说只能在并联型振荡电路中使用；
③并联型振荡电路的振荡频率不可调，这就要求并联谐振型晶振的精度更高、性能更稳定、谐振频率更精准。
7、按晶振的功能和实现技术的不同，分为温度补偿晶振（TCXO）、压控晶振（VCXO）、普通晶振（SPXO）、恒温晶振（OCXO）。
温度补偿晶体振荡器（TCXO）
是通过附加的温度补偿电路使由周围温度变化产生的振荡频率变化量削减的一种石英晶体振荡器。石英晶体振子频率温度漂移的补偿方法主要有直接补偿和间接补偿两种类型。应用：测试设备。频率范围：1MHz-160MHz。
电压控制晶体振荡器（VCXO）
是通过施加外部控制电压使振荡频率可变或是可以调制的石英晶体振荡器。在典型的VCXO中，通常是通过调谐电压改变变容二极管的电容量来“牵引”石英晶体振子频率的。主要应用：移频直放站、测试设备、蜂窝基站。频率范围： 1MHz-200MHz 。
恒温控制晶体振荡器（OCXO）
是利用恒温槽使晶体振荡器或石英晶体振子的温度保持恒定，将由周围温度变化引起的振荡器输出频率变化量削减到最小的晶体振荡器。OCXO主要用于移动通信基地站、国防、导航、频率计数器、频谱和网络分析仪等设备、仪表中。频率范围： 1MHz－160 MHz 。
8、按照晶振电路组成，分为有源晶振和无源晶振。
无源晶振为crystal（晶体）
无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来，所以“无源晶振”这个说法并不准确；无源晶振只有两个引脚，没有所谓的正负极。
有源晶振则叫做oscillator（振荡器）
有源晶振是一个完整的谐振振荡器，有源晶振需要接电源才能工作，一般有四个引脚，其中有两个电源输入引脚，有正负极之分。
9、电子钟表中的晶振，按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。
加工流程图
归纳总结为10大步骤：1、定向。2、镀膜。3、点胶。4、微调。5、外观印字。6、 测试。7、老化。8、封焊。9、包装。10、入库。
10大步骤释义
相关术语
1、标称频率
晶振是一种频率元器件，每一款晶振都有自己的频率。频率通常会标识在产品外壳上,进口晶振品牌则会有品牌的logo标识又或字母代替。
2、温度频差
在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25±2℃）时工作频率的允许偏差。
3、工作频率
晶体与工作电路共同产生的频率。
4、调整频差
在规定条件下,基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。
5、负载谐振频率（fL）
在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率.在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个,在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。
6、动态电阻
串联谐振频率下的等效电阻。用R1表示。
7、负载谐振电阻
在负载谐振频率时呈现的等效电阻。用RL表示.RL＝R1（1+C0/CL）2
8、激励电平
晶体工作时所消耗功率的表征值。激励电平可选值有：2mW、1mW、0.5mW 、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW等。
9、基频
在振动模式最低阶次的振动频率。
10、老化率
在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。
11、静电容
等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用C0表示。
12、负载电容
与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容，通常用CL表示。负载电容系列是：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100P。只要可能就应选推荐值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。32.768K晶振常用的负载电容为12.5PF，6PF，9PF等。
13、泛音：晶体振动的机械谐波
泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。
选型五要素
1、输出频率
任何振荡器最基本的属性都是它生成的频率。根据定义，振荡器是接受输入电压(通常为直流电压)并在某一频率下产生重复交流输出的器件。所需的频率由系统类型和如何使用该振荡器所决定。
一些应用需要kHz范围内的低频晶体。一个常见的例子是32.768 kHz手(钟)表晶体。 但是大多数当前的应用需要更高频率的晶体，范围从小于10MHz到大于100MHz。
2、频率稳定性和温度范围
所需的频率稳定性由系统要求确定。振荡器的稳定性可简单地表述为：由于某些原因引起的频率变化除以中心频率。（即：稳定性=频率变化÷中心频率）
3、输入电压和功率
任何类型的晶振通常都可以被设计为利用系统中已有的DC输入电源电压来操作。 在数字系统中，通常希望使用与振荡器将驱动的系统中的逻辑器件所使用的电压相匹配的电压来驱动晶振，以便逻辑电平是直接兼容的。+3.3V或+5V是这些数字单元的典型输入。具有较高功率输出的其它器件可以使用较高电压，例如+12V或+15V。另一个考虑因素是为器件供电所需的电流量。XO或TCXO可能只需要几mA，因此在低电压系统中，其功耗可以小于0.01W。另一方面，在上电时，一些OCXO可以需要5W或6W。
4、输出波形
然后要选择输出波形以匹配振荡器将在系统中驱动的负载。最常见的输出之一是CMOS——以驱动逻辑电平输入。CMOS输出将是在地电位和系统的Vdd轨之间摆动的方波。对于高于约100MHz的较高频率，通常使用差分方波。这些振荡器具有两个180°异相的输出、具有快速上升和下降时间以及非常小的抖动。最通用的类型是LVPECL和LVDS。如果振荡器用于驱动RF组件、如混频器或其它具有50Ω输入阻抗的器件，则通常会指定某个功率级别的正弦波输出。产生的输出功率通常在0dBm到+13dBm(1mW到20mW)之间，尽管如果需要可以输出更高功率。
5、封装尺寸和外形
基于振荡器类型和规格，对晶振封装的要求将大相径庭。简单的时钟振荡器和一些TCXO可以装在小到1.2×2.5mm2的封装中；而一些OCXO可以大到50×50mm2，对某些特定设计，甚至可更大。虽然一些通孔封装如双列直插式4或14引脚类型仍然用于较大的部件(如OCXO或专用TCXO)，但大多数当前设计使用表贴封装。这些表贴配置可以是密封的陶瓷封装，或基于FR-4的、具有用于I/O的建构的组件。
总结
器件选型时一般都要留出一些余量，以保证产品的可靠性。选用较高档的器件可以进一步降低失效概率，带来潜在的效益，这一点在比较产品价格的时候也要考虑到。要使振荡器的“整体性能”趋于平衡、合理，这就需要权衡诸如稳定度、工作温度范围、晶体老化效应、相位噪声、成本等多方面因素，这里的成本不仅仅包含器件的价格，而且包含产品全寿命的使用成本。
检测五技巧
1、用万用表(R×10k挡)测晶振两端的电阻值，
若为无穷大，说明晶振无短路或漏电；再将试电笔插入市电插孔内，用手指捏住晶振的任一引脚，将另一引脚碰触试电笔顶端的金属部分，若试电笔氖泡发红，说明晶振是好的；若氖泡不亮，则说明晶振损坏。
2、用数字电容表（或数字万用表的电容档）测量其电容，
一般损坏的晶振容量明显减小（不同的晶振其正常容量具有一定的范围）
3、贴近耳朵轻摇，
有声音就一定是坏的（内部的晶体已经碎了，还能用的话频率也变了）
4、测试输出脚电压。
一般正常情况下，大约是电源电压的一半。因为输出的是正弦波（峰峰值接近源电压），用万用表测试时，就差不多是一半啦。
5、用代换法或示波器测量。
那么如何用万用表测量晶振是否起振？ 可以用万用表测量晶振两个引脚电压是否是芯片工作电压的一半，比如工作电压是5V则测出的是否是2.5V左右。另外如果用镊子碰晶体另外一个脚，这个电压有明显变化，证明是起振了的。
不起振10大问题汇总
1、 物料参数选型错误导致晶振不起振
例如：某MCU需要匹配6PF的32.768KHz，结果选用12.5PF的，导致不起振。
解决办法：更换符合要求的规格型号。必要时请与MCU原厂确认。
2、 内部水晶片破裂或损坏导致不起振
例如：运输过程中损坏、或者使用过程中跌落、撞击等因素造成晶振内部水晶片损坏，从而导致晶振不起振。
解决办法：更换好的晶振。平时需要注意的是：运输过程中要用泡沫包厚一些，避免中途损坏;制程过程中避免跌落、重压、撞击等，一旦有以上情况发生禁止再使用。
3、 振荡电路不匹配导致晶振不起振
影响振荡电路的三个指标：频率误差、负性阻抗、激励电平。
（1）频率误差太大，导致实际频率偏移标称频率从而引起晶振不起振。
解决办法：选择合适的PPM值的产品。
（2）负性阻抗过大太小都会导致晶振不起振。
解决办法：负性阻抗过大，可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调大来降低负性阻抗;负性阻抗太小，则可以将晶振外接电容Cd和Cg的值调小来增大负性阻抗。一般而言，负性阻抗值应满足不少于晶振标称最大阻抗3-5倍。
（3）激励电平过大或者过小也将会导致晶振不起振
解决办法：通过调整电路中的Rd的大小来调节振荡电路对晶振输出的激励电平。一般而言，激励电平越小越好，处理功耗低之外，还跟振荡电路的稳定性和晶振的使用寿命有关。
4、 晶振内部水晶片上附有杂质或者尘埃等也会导致晶振不起振
例如：晶振的制程之一是水晶片镀电极，即在水晶片上镀上一次层金或者银电极，这要求在万级无尘车间作业完成。
如果空气中的尘埃颗粒附在电极上，或者有金渣银渣残留在电极上，则也会导致晶振不起振。
解决办法：更换新的晶振。在选择晶振供应商的时候需要对厂商的设备、车间环境、工艺及制程能力予以考量，这关系到产品的品质问题。
5、 晶振出现漏气导致不起振
例如：晶振在制程过程中要求将内部抽真空后充满氮气，如果出现压封不良，导致晶振气密性不好出现漏气;或者晶振在焊接过程中因为剪脚等过程中产品的机械应力导致晶振出现气密性不良;均会导致晶振出现不起振的现象。
解决办法：更换好的晶振。在制程和焊接过程中一定要规范作业，避免误操作导致产品损坏。
6、 焊接时温度过高或时间过长，导致晶振内部电性能指标出现异常而引起晶振不起振
例如:以32.768KHz直插型为例，要求使用178°C熔点的焊锡，晶振内部的温度超过150°C，会引起晶振特性的恶化或者不起振。焊接引脚时，280°C下5秒以内或者260°C以下10秒以内。
不要在引脚的根部直接焊接，这样也会导致晶振特性的恶化或者不起振。
解决办法：焊接制程过程中一定要规范操作，对焊接时间和温度的设定要符合晶振的要求。如有疑问可与我们联系确认。
7、 储存环境不当导致晶振电性能恶化而引起不起振
例如：在高温或者低温或者高湿度等条件下长时间使用或者保存，会引起晶振的电性能恶化，可能导致不起振。
解决办法：尽可能在常温常湿的条件下使用、保存，避免晶振或者电路板受潮。
8、 MCU质量问题、软件问题等导致晶振不起振
例如：目前市场上面MCU散新货、翻新货、拆机货、贴牌货等鱼龙混杂，如果没有一定的行业经验或者选择正规的供货商，则极易买到非正品。
这样电路容易出现问题，导致振荡电路不能工作。
另外即便是正品MCU，如果烧录程序出现问题，也可能导致晶振不能起振。
9、 EMC问题导致晶振不起振
例如：一般而言，金属封装的制品在抗电磁干扰上优于陶瓷封装制品，如果电路上EMC较大，则尽量选用金属封装制品。
另外晶振下面不要走信号线，避免带来干扰。
10、其他......
不良7大问题汇总
1、频率偏移超出正常值
原:1：当电路中心频率正偏时，说明CL偏小。
解决办法：可以增加晶振外接电容Cd和Cg的值。
原因2：当电路中心频率负偏时，说明CL偏大。
解决办法：可以减少晶振外接电容Cd和Cg的值。
2、晶振在工作中出现发烫，逐渐出现停振现象
原因：排除工作环境温度对其的影响，最可能出现的情况是激励电平过大。
解决办法：将激励电平DL降低，可增加Rd来调节DL。
3、晶振在工作逐渐出现停振现象，用手碰触或者用电烙铁加热晶振引脚又开始工作。
原因：出现这种情况是因为振荡电路中的负性阻抗值太小。
解决办法：需要调整晶振外接电容Cd和Cg的值来达到满足振荡电路的回路增益。
4、晶振虚焊或者引脚、焊盘不吃锡
原因：出现这种情况一般来说引脚出现氧化现象，或者引脚镀层脱落导致。
解决办法：晶振的储存环境相当重要，常温、常湿下保存，避免受潮。另外晶振引脚镀层脱落，可能跟晶振厂商或者SMT厂商的制程工艺有关，需要进一步确认。
5、同一个产品试用两家不同晶振厂商的产品，结果不一样
原因：出现这种情况很好理解，不同厂商的材料、制程工艺等都不一样，会导致在规格参数上有些许差异。例如同样是+/-10ppm的频偏，A的可能大部分是正偏，B的可能大部分是负偏。
解决办法：一般来说在这种情况下，如果是射频类产品最好让晶振厂商帮忙做一些电路匹配测试，这样确保电路匹配的最好。如果是非射频类产品则一般在指标相同的情况下可以兼容。
6、晶振外壳脱落
原因：有时晶振在过回流焊后会出现晶振外壳掉落的现象;有些是因为晶振受到外力撞击等原因导致外壳脱落。
解决办法：SMT厂在晶振过回流焊之前，请充分确认炉温曲线是否满足晶振的过炉要求，一般来说正规的晶振厂商提供的datasheet中都会提供参考值。
如果是外力因素导致的脱落则尽量避免这种情况发生。
7、其他......
晶振频点应用领域览表
以电子围栏为例说明
电子围栏分类：
1、脉冲电子围栏
脉冲电子围栏是由脉冲发生器（主机）和前端围栏组成的智能型周界系统。具有防盗、报警等高安全等级的周界防范功能。具有误报率低、不受地形和环境限制、安全性高等优势。
2、张力式电子围栏
张力式电子围栏周界报警系统是防止非法逾越的障碍物和感应、传输（报警）拉压、剪断障碍物信息的机电装置集合体，是安全、可靠和经济而且数字智能化的周界防入侵报警系统。
由报警控制器（主机）和电子围栏两部分组成。张力式电子围栏可以在风霜、雨雪、浓雾、沙尘、高温、低温等恶劣的环境下始终忠于职守，全天候稳定可靠地工作。
3、GPS电子围栏
GPS电子围栏可限定车辆的行驶区域、行驶路线，按照行政区划、多边形区域、规划路线三种方式设置车辆的行驶路径。
安防晶振常用频点：12.000MHz、21.400MHz、18.9375MHz、19.069928MHz、28.375MHz、28.63636MHz、37.875MHz、13.560MHz、24.000MHz、12.270MHz等等。
对讲机主要用到的频率为：21.400MHz，21.7000MHz。
晶振应用范围览表
应用领域：1、移动手持设备2、消费类电子3、智能家居4、通信网络5、汽车电子6、医疗电子7、工业8、军事9、航空.......
具体应用实例：
一、手机
具体：3225贴片晶振，规格26M--7.3PF 10PPM，和插件（DIP）2*6，3*8体积的32.768KHz-12.5PF-10-20PPM的圆柱插件晶振。
二、手机NFC
1、移动支付功能：地铁、公交，等
2、核验认证功能：汽车车锁、小区门禁，等
3、传输数据功能：上传图片、音乐，等
......
硬件支持关键：晶振的频率
NFC技术是使用13.56MHz频率作为基本载波，常用的频率有13.560MHz和27.120MHz，而产生频率的频率元器件正是晶振，晶振的好坏直接影响整个技术或者机器的使用。
三、台式电脑
台式电脑上各个部件都要用到晶振，电脑主板是核心，一般一个电脑主板上就要用到几颗晶振。
具体：14.318MHz时钟晶振，32.768KHz时实晶振，24.576MHz声卡晶振，25MHz网卡晶振。
四、路由器
具体：5032mm，3225mm，2520mm的石英晶体振荡器
五、空调
空调主要用到圆柱系列晶振，在晶振电路中，如果晶振有问题，会导致整个空调运行出现故障。另外，因为空调的品牌、功能不同，所选用的晶振也会不同。
具体：有32.768KHZ、4.000MHZ和4.194304MHZ等晶振。
六、汽车电子
主要晶振系统有：
1、安全控制系统
包括：引擎控制、线控转向系统、变速器、安全气囊、防锁死刹车系统、胎压检测系统、电动助力转向系统。
2、信息情报系统
包括：汽车音响、车载导航系统、数据公交车系统、监控摄像头、倒车雷达、高安全线控系统。
3、智能运输系统
包括：不停车收费系统、道路交通情报通信、铁路车号自动设别系统、自动公路系统、先进安全汽车、全球智能运输系统。
4、车身系统
汽车时钟、计时器、仪表盘、无线遥控门锁、汽车空调、车窗自动控制、汽车防盗系统。
具体：
温补晶振2520晶振，3225晶振体积小性能佳的特点成为了车载中的GPS导航首选。
车载蓝牙中所需要用到的则是3225-26M/16M贴片晶振，推歌速度快，传输数据零距离。
汽车数字显示系统则会用到贴片32.768K晶振。
行车记录仪里面所用到的2*6系列的圆柱晶振.同时也属于32.768K系列,32.768K属于时间系统,任何一款与时间有关的产品都需要该系列晶振.32.768K晶振是显示时间的作用。并且使用范围非常广泛.例如仪表板、测速计、电子道路计价黑盒、电池管理单元和汽车收音机等。
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