频率控制元器件石英振荡器是PCB电路板上重要电子元器件，除此之外，电路板上还有几十种不同的电子元件，这些元件相互工作相互牵引，驱使电路板正常的工作发挥效果。工程师在制造板子时，都会先设计和计算，确认并采购适用产品板子的石英晶振，电阻器，电容器，电感器，滤波器，缓冲器等，从而组成有效的电路。以下是金洛鑫电子整理的振荡器电路与其他组成元件的基础资料，希望对广大工程和技术有所帮助。

本文回顾了石英振荡器的基本原理，重点是石英频率标准（与廉价的时钟振荡器相反）。讨论的主题包括：晶体谐振器和振荡器，振荡器类型，以及温补晶体振荡器（TCXO）和恒温控制晶体振荡器（OCXO）的特性和局限性。讨论的振荡器不稳定性包括：老化，噪声，频率与温度，预热，加速效应，磁场效应，辐射效应和大气压力效应。还考虑了各种效果之间的相互作用。提供了振荡器比较和选择的指南。还包括对规范的讨论以及进一步阅读的参考和建议。

振荡器基础知识：

图1是一个大大简化的电路图，显示了石英晶体振荡器的基本元件。晶体振荡器的放大器包括至少一个有源器件和必要的偏置网络;它还可以包括用于频带限制，阻抗匹配和增益控制的其他元件。反馈网络由晶体谐振器组成，并且可以包含其他元件，例如用于调谐的可变电容器。

振荡频率由闭环相移等于2nrr的要求确定，其中n是整数，通常为0或1。当OSC晶振最初通电时，电路中唯一的信号是噪声。噪声的分量，其频率满足振荡的相位条件，以增加的幅度在环路周围传播。增加的速率取决于过量的环路增益和晶体网络的带宽。幅度继续增加，直到放大器增益。

图1.晶体振荡器-简化电路图

通过有源的贴片石英晶振的非线性（在这种情况下它是自限制的）或通过外部电平控制方法减小。在稳态下，闭环增益为1.如果发生相位扰动A@，振荡器的频率必须通过Af移动才能保持2~7相状态。可以证明，对于串联谐振振荡器。

其中QL是网络中晶体的负载Q[311.（“晶体”和“谐振器”通常与“晶体单元”互换使用，但“晶体单元”是官方名称。）晶体振荡器设计信息可参见参考文献31,32,35和36.Crystal oscillator的缩写为X0。

晶体单元等效电路：

石英晶体单元是已经施加电极的石英晶片，并且其被密封在支架结构中。（晶圆通常被称为“空白”或“晶体板”。）虽然晶体单元的设计和制造包含复杂的主题，但振荡器设计者可以将晶体单元视为电路元件并仅处理晶体单元的等效电路。机械振动系统和图2所示的电路是“等效的”，因为每个都可以用相同的微分方程来描述。

图2.机械振动系统的等效电路

频率控制设备：

质量，弹簧和阻尼元件（即缓冲器）对应于电感器，电容器和电阻器。驱动力对应于电压，质量对电容器上的电荷的位移以及对电流的速度。石英晶体谐振器是通过压电效应连接到电气世界的机械振动系统。图5示出了谐振器的（简化的）等效电路（一种振动模式），以及晶体单元的电路符号。负载电容器CL与晶体串联示出。被称为“分流”电容的CO是由于晶体板上的电极加上由于晶体外壳引起的杂散电容而产生的电容。电路的RI，Lr，Cr部分是“运动臂”，它是由晶体的机械振动引起的。

CO与C1的比率是存储在晶体中的电能和机械能之间的相互转换的量度，即压电耦合因子k。CO/C1随着泛音数的平方增加;CO/C1与k和N的关系是2CO/C1=[dV/2k12，其中N是泛音数。当直流电压施加到压电石英晶体的电极时，电容比CO/C也是由电极形成的电容器中存储的电能与晶体中由于晶格弹性存储的能量之比的量度。由压电效应产生的应变。图3显示了晶体单元的电抗与频率特性。CO/C1也与之成反比。

图3.带负载电容的晶体单元的等效电路

图4.晶体单元的电抗与频率的关系

反共振频率分离（即，零极间距），这是滤波器应用中特别重要的参数。电阻与频率曲线nearfs的斜率与C1成反比，即fS附近的A-WAf/f>-1/-nfCI，其中X是电抗。因此，C1是晶体“stifiess”的度量，即其可调性-参见下一个等式。当负载电容与晶体串联时，振荡器的工作频率增加了Af'，其中Af'由下式给出：

当电感器与晶体串联连接时，操作频率降低。通过增加或改变电抗来改变工作频率的能力允许补偿TCXO中晶体单元的频率与温度变化以及调节压控晶振（VCXO）的输出频率;在两者中，频率可以通过改变变容二极管的电压来改变。对于图4的简单RLC电路，谐振曲线的宽度与品质因数Q成反比，但在晶体振荡器中，情况是由于存在C，以及操作Q低于谐振器Q这一事实使其复杂化。对于石英谐振器，Q=（2n~CIII）-'。

随着技术的提升，石英晶体振荡器的类型越来越多样化，而且也更加灵活，适用于不同的产品方案，高端的Oscillator产品的尺寸也在往更小的方向发展，现在体积最小的振荡器只有1.6*1.2mm，说不定用不了多久，就会研发出1.0*0.8mm尺寸的有源晶振。当然选择一颗合适的晶振，除了尺寸和类型之外，主要还是要看其他几项重要的参数，例如频率，电源电压，精准度，工作温度/储存温度，老化率，输出方式等。