晶振的频率决定的因素是什么？

晶振在电路板中扮演着不可或缺的角色，它几乎存在于所有使用处理器的场合中，即便是没有外接晶振，芯片内部也集成了晶振。晶振即晶体振荡器，是通过石英晶体的压电效应实现精确频率控制的元器件，常见于各种电子设备中。晶振，即晶体振荡器，是从石英晶体上精心切下的薄片，被简称为晶片。这种石英晶体谐振器，常被简称为石英晶体或晶体、晶振。而将IC与晶体元件组合成振荡电路的晶体振荡器，其产品通常采用金属外壳进行封装，同时也有使用玻璃壳、陶瓷或塑料进行封装的情形。

晶振频率稳定重要性

频率稳定性是衡量振荡器的输出频率在工作过程中由于温度变化而可能发生的变化。如果频率漂移超出了应用程序的预期，定时误差可能会出现。频率稳定性以百万分之一或ppm表示，相对于特定温度范围内的标称频率。晶振的主要特性之一是工作温度内的稳定性，其是决定振荡器价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。工业级标准规定的-40～+75℃这个范围往往只是出于设计者们的习惯，倘若-30～+70℃已经够用，那么就不必去追求更宽的温度范围。设计工程师要慎重决定特定应用的实际需要，然后规定振荡器的稳定度，指标过高意味着费用越高。

影响晶振的频率稳定性五大因素

1.晶振的老化率

影响老化的要素有很多，例如：质量搬运、晶体受到的应力、热膨胀、装置受力、键合单元、晶振的驱动电平以及DC偏置等都会影响到晶振的使用期限。老化是由于振荡器内部变化形成的频率的 系统性变化。晶振经过长时间缓慢老化，这导致输出频率缓慢漂移。 虽然老化影响频率范围只有几PPM，但对于DTV或机顶盒这类需精确频率系统的产品来说特别重要。

2.晶振的温度

不同产品的诉求，对晶振温度的诉求不一样。晶振的温度可分为民、企、工、航天等级别，温度范围在-40℃~+150℃，但是随着升至极端温度，额定频率的变化开始增大，有可能达到几十ppm，计算等应用能够承受这一点，但是对于导航、雷达、无线电通信、卫星通信等对准确度与精度要求极高的应用来说，则无法接受这种巨大变化。因此，此类应用需求在系统中还需增加额外的补偿元件。

3. 晶振的激励电平

如果激励电平偏小，谐振器的长期稳定性好。激励电平过高，晶片振动变强，振动导致温度升高，频率稳定度随之降低，严重时晶片会振裂.

4. 晶振的负载电容

晶振必须与变化的负载匹配。如果晶体两端的等效电容和标称负载电容存在差异，晶体输出的频率将会和标称工作频率产生偏差。电路匹配电容CL1 CL2加上电路的杂散电容Cstray，越接近晶体的负载电容CL，晶体输出的频率则越精准。

5. 晶振的电压变化

晶振需要配合使用稳压电源，电压变化会带动电阻变化。输出电压需要保持在电源的额定值。

晶振的振动就像弹簧一样，晶振的振动频率与晶振的面积、厚度、切割方向等有关。较长的摆动较少，较厚的摆动较慢，较软的摆动较慢，但太短，太薄，太难摇动。

晶体振荡器是机械振动，具有决定振动频率的形状、几何尺寸和质量等机械振动特性。

晶振通常由石英或陶瓷材料和内部芯片组成，晶振的频率取决于芯片的厚度。首先，在制造过程中，晶片的尺寸和晶片的厚度与晶振的频率密切相关，一般来说晶振的频率越高，晶振越薄。需要晶圆。例如，40 MHz 晶体所需的晶圆厚度可以达到41.75 微米，但100 MHz 晶体需要16.7 微米的晶圆厚度。即使能达到厚度，损失也很大，成品后稍有下降就会破片。因此，一般来说，需要用三次谐波、五次谐波和七次谐波技术来获得高频晶体。例如，对于一个基频为20 MHz 的晶振，在五次泛音之后可以得到一个100 MHz 的晶振。一般40MHz以下为基频晶振，40MHz以上为泛音晶振。

因此，不难理解为什么很多有源晶振的频率默认是高频的，为什么价格比较贵。有源晶振的成本不仅在于内部芯片的薄，还在于振荡器本身。

那么，基频晶振和泛音晶振有什么区别呢?例如，基频晶体必须连接到适当的电容器才能工作，而泛音晶体必须与电感器和电容器一起使用才能产生泛音频率。否则只有基频可以振荡。

泛音晶振介绍： 石英晶振是由石英制成，有不同尺寸和厚度的晶体对应不同频率的晶振，一般来说，晶振的频率越高，需要的晶振越薄。例如，40 MHz 晶体所需的晶圆厚度可以达到41.75 微米，但100 MHz 晶体需要16.7 微米的晶圆厚度。即使能达到厚度，损失也很大，成品后稍有下降就会破片。因此，一般来说，需要用三次谐波、五次谐波和七次谐波技术来获得高频晶体。

例如，对于一个基频为20 MHz 的晶振，在五次泛音之后可以得到一个100 MHz 的晶振。一般40MHz以下为基频晶振，40MHz以上为泛音晶振。

晶振的频率主要由以下几个因素决定：

1. 晶体的材料：晶体的材料是影响晶振频率的重要因素。不同材料的晶体，其振动频率有所不同。例如，常用的石英晶体(SiO2)具有较高的振动频率，而陶瓷晶体则相对较低。

2. 晶体的切割方式：晶体的切割方式也会影响其振动频率。不同切割方向的晶体，其振动模式和振动频率都会有所不同。因此，在设计晶振时，需要根据所需的频率选择合适的切割方式。

3. 晶体的尺寸：晶体的尺寸(如厚度、长度、宽度等)也会对其振动频率产生影响。一般来说，晶体尺寸越大，振动频率越低;尺寸越小，振动频率越高。

4. 负载电容：晶振与电路中的负载电容有关。负载电容越大，晶振的振动频率越低;负载电容越小，振动频率越高。在设计电路时，需要根据所需的频率调整负载电容。

5. 温度：晶振的频率还受到温度的影响。一般来说，温度升高，晶振频率会降低;温度降低，振动频率会升高。因此，在实际应用中，需要考虑温度对晶振频率的影响，并进行相应的补偿。

6. 电源电压：电源电压的稳定性也会影响晶振的频率。电源电压波动会导致晶振频率的变化，因此需要确保电源电压的稳定性。

综上所述，晶振的频率由多个因素共同决定。在设计和应用晶振时，需要根据实际需求调整这些因素，以获得所需的频率。同时，为了确保晶振的稳定性和准确性，还需要对其进行良好的封装和保护，避免外界环境因素对晶体振动的影响。在我国，晶振产业经过多年的发展，已经取得了显著的成果，为电子设备的发展提供了有力支持。