无源晶振输出波形为正弦波,有源晶振输出波形以方波为主。
其实,有源晶振自身输出是正弦波,在其内部加了整形电路,所以输出是方波,而正弦波输出的有源晶振目前已经很少使用。
| 特性 | 正弦波输出 | 方波输出 |
|---|---|---|
| 波形形状 | 平滑、连续的曲线 | 陡峭、跳变的脉冲 |
| 产生方式 | 通常来自无源晶振本身的反谐振点 | 通常来自有源晶振或振荡器电路内部的整形电路 |
| 谐波含量 | 低,频谱纯净 | 高,包含丰富的高次谐波 |
| EMI/EMC | 好,电磁干扰小 | 差,电磁干扰大 |
| 驱动能力 | 弱,需要外部电路增强 | 强,可直接驱动多个数字门电路 |
| 功耗 | 相对较低 | 相对较高(尤其是高速时) |
| 成本 | 较低(仅指无源晶振本身) | 较高 |
| 典型应用 | 射频电路、模拟电路、对EMI敏感的系统 | 数字电路(CPU、FPGA、微控制器) |
如果你的系统是纯数字电路(如单片机、FPGA)
最简单的方法:直接选用有源晶振,它提供方波输出,连接简单,性能稳定。
为节约成本和PCB空间:使用无源晶振 + 芯片内部的振荡器电路。这时,芯片内部会自动完成正弦波到方波的转换。你只需要为无源晶振配置正确的外部负载电容即可。
如果你的系统包含射频或高频模拟电路
很可能需要正弦波输出。你可以使用一个独立的、高质量的无源晶振或晶体振荡器来产生纯净的正弦波,供给射频芯片(如PLL、VCO)使用。
EMI/EMC设计考虑
当使用方波时钟时,其高频谐波很容易通过PCB走线像天线一样辐射出去,导致产品无法通过电磁兼容认证。
解决方案:
在时钟输出端串联一个小电阻(如22-100欧姆),可以减缓上升/下降沿,有效抑制高频谐波。
确保时钟走线有完整的参考地平面,并尽量短而直。
使用扩频时钟 来分散能量。
附:无源晶振与有源晶振的区别

1、无源晶振有2个功能性引脚,需要借助于外部的时钟电路(接到主IC内部的振荡电路)才能产生振荡信号,自身无法振荡。
2、有源晶振通常有4个引脚,是一个完整的振荡器,内部除了石英晶体外还有振荡IC,因此只需要电源就可输出比较好的波形一般的晶振振荡电路都是在一个反相放大器(注意是放大器不是反相器)的两端接入晶振,再有两个电容分别接到晶振的两端,每个电容的另一端再接到地,这两个电容串联的容量值就应该等于负载电容,请注意一般IC的引脚都有等效输入电容,这个不能忽略。
有源晶振的频率输出一定要有某个波形作为输出载体,波形的输出也一定会伴随着某个负载值。在实际使用中,波形负载也是晶振的非常重要参数目标。选型不合适的话,轻则导致晶振或别的模块作业不正常或功能无法完成,重则损坏模块甚至整机。
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