石英晶體振蕩器分非溫度補償式晶體振蕩器、溫度補償晶體振蕩器（TCXO）、電壓控制晶體振蕩器（VCXO）、恒溫控制式晶體振蕩器（OCXO）和數字化/μp補償式晶體振蕩器（DCXO/MCXO）等幾種類(lèi)型。其中，無(wú)溫度補償式晶體振蕩器是簡(jiǎn)單的一種，在日本工業(yè)標準(JIS)中，稱(chēng)其為標準封裝晶體振蕩器（SPXO）。簡(jiǎn)要介紹一下石英晶振的結構與工作原理。詳情可以查看YXC石英晶振發(fā)展過(guò)程
  石英晶體，有天然的也有人造的，是一種重要的壓電晶體材料。石英晶體本身并非振蕩器，它只有借助于有源激勵和無(wú)源電抗網(wǎng)絡(luò )方可產(chǎn)生振蕩。SPXO主要是由品質(zhì)因數（Q）很高的晶體諧振器（即晶體振子）與反饋式振蕩電路組成的。石英晶體振子是振蕩器中的重要元件，晶體的頻率（基頻或n次諧波頻率）及其溫度特性在很大程度上取決于其切割取向。石英晶體諧振器的基本結構、（金屬殼）封裝及其等效電路。
  只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì )使晶片產(chǎn)生機械變形振動(dòng)，此現象即所謂逆壓電效應。當外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會(huì )發(fā)生壓電諧振，從而導致機械變形的振幅突然增大。
  一、水晶材料基本特性
  石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結晶體） 的壓電效應制成的一種諧振器件，它的基本構成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，在它的兩個(gè)對應面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼，就構成了石英晶體諧振器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。
  石英晶體諧振器結構圖
  石英晶體在壓力作用下產(chǎn)生形變，同時(shí)產(chǎn)生電極化。其極化強度與壓力成正比，這種現象就稱(chēng)"正壓電效應".反之，在電場(chǎng)作用下，晶體產(chǎn)生形變，其形變大小與電場(chǎng)強度成正比，這種現象稱(chēng)"逆壓電效應".（詳情可以查看YXC揚興官網(wǎng)《晶體的壓電效應》）
  逆壓電效應圖
  石英晶體的壓電效用圖：（a） 壓電效應（b） 正壓電效應（c） 逆壓電效應
  在二十多類(lèi)具有壓電效應的晶體中，石英晶體是無(wú)線(xiàn)通訊設備為滿(mǎn)意的材料之一。它的機械強度高，物理化學(xué)性能穩定，內損耗低等，用它制成的器件被廣泛用在頻率控制和頻率選擇電路中。石英片的取向不同，其壓電特性、彈性特性和強度特性就不同，用它來(lái)制造的諧振器的性能也不一樣，現已發(fā)現了幾十種有用的切割方式。
  二、石英諧振器的穩頻條件
  石英晶振的頻率穩定度與以下三方面有關(guān)：負載電容、激勵電平和頻率溫度特性。
  1 、負載電容。石英諧振器一般作為電感組件在振蕩電路中起穩頻作用，而電路的其它組件均可等效為一個(gè)負載電容與石英諧振器的等效參數及頻率穩定度帶來(lái)影響。
  負載電容對頻率的影響圖
  從石英晶振元件兩腳向振蕩電路方向看進(jìn)去的所有有效電容，就是該振蕩電路加給石英晶振的負載電容。負載電容同石英晶振共同決定電路的工作頻率。通過(guò)調整負載電容，就可以將振蕩電路的工作頻率調整到標稱(chēng)值。負載電容選用要合理，電容太大時(shí)，雜散電容影響減小，但微調率下降； 容值太小時(shí)，微調率增加，但雜散電容影響增加、負載諧振電阻增加， 甚至起振困難。
  2 、激勵電平。一般取70 -100uA 為佳，用激勵功率表示時(shí)，一般取1 -100uW 為佳。激勵電平的大小直接影響石英諧振器的性能，所以電路設計者一定要嚴格控制石英諧振器在規定的激勵電平下工作，以便充分發(fā)揮石英諧振器的特點(diǎn)。一般來(lái)講，激勵電平偏小對于長(cháng)穩有利，激勵電平稍大對于短穩有利。但是激勵電平太大，石英片振動(dòng)強，振動(dòng)區域溫度升高，石英片內產(chǎn)生溫度梯度，會(huì )使頻率穩定度降低；激勵電平過(guò)大，由于機械形變超過(guò)彈性限度而引起長(cháng)久性的晶格位移，使頻率產(chǎn)生長(cháng)久性的變化，甚至有時(shí)會(huì )把石英片振壞；激勵電平過(guò)大，會(huì )使等效電阻增加，Q 值下降，電阻溫度特性和頻率溫度特性變得不規則；激勵電平過(guò)大，容易激起寄生振動(dòng)，同時(shí)還會(huì )使老化變大。當然，激勵電平過(guò)低也會(huì )使信噪比變小而影響短期穩定度，激勵電平太低，諧振器不易起振，影響工作的穩定和可靠性。所以諧振器使用應根據不同的要求嚴格控制激勵電平，更不能為了增大輸出而隨意提高激勵電平。
  3 、頻率溫度特性。
  頻率溫度特性圖   
  三、石英振蕩電路的組成與設計
  石英振蕩電路的形式很多，但基本電路只有兩類(lèi)：并聯(lián)晶體振蕩器和串聯(lián)晶體振蕩器。前者石英晶體是以并聯(lián)諧振的形式出現，而后者則是以串聯(lián)諧振的形式出現。石英振蕩電路主要由IC、石英諧振器XTAL 、電阻、PCB 等組成，下面對各組成部分做簡(jiǎn)單說(shuō)明：（詳情可以查看YXC揚興官網(wǎng)《晶振內部結構》）
  1、IC:可根據實(shí)用的需要任意選用，如CMOS 反向器IC;專(zhuān)用振蕩IC;大規模的數字IC 中自備石英振蕩門(mén)。
  2 、負載特性：振蕩電路（除去CRYSTAL） ,具有一個(gè)負阻特性（用網(wǎng)絡(luò )頻譜分析儀） ,振蕩電路負阻值（優(yōu)良值） 必須大于3 倍的CRTSTAL 電阻值（ CRYS2TAL ESR/ RR） ,振蕩電路才可以穩定的振蕩。
  3 、電容：可根據用戶(hù)的需要選用片式或傳統結構的產(chǎn)品，但是應注意選擇適用于高頻的、低損耗的，選用NP0 系列的溫度系數產(chǎn)品。
  電阻：在選擇尺寸的同時(shí)需注意功耗的滿(mǎn)足。
  4 、PCB :注意能滿(mǎn)足高頻的使用場(chǎng)合和注意盡量降低線(xiàn)路的分布參數，大面積接地和一點(diǎn)式接地方案的采納。有必要的時(shí)候應注意EMI 的防護。
  5 、石英諧振器XTAL :頻率大于1MHz 的諧振器應選用ATMODE ,可根據用戶(hù)的需要選擇合適的外形尺寸和封裝的晶體。主要電性指標： FL 、ESR 的CLOCK需要選用FL 及公差，并按Cg/ Cd 值，計算而得CL =
  石英諧振器計算公式
  （Cs :線(xiàn)路分布雜散電容）
  6 、ESR :單位Ω，工作溫度范圍的頻率公差。
  正確的選取Cg/ Cd 的值將有利于振蕩電路的工作穩定，并能使振蕩頻率滿(mǎn)足使用的CL K 要求。其選取的步驟如下：
  （1） 首先應該按照- R 的需要選擇Cg/ Cd ,在滿(mǎn)足TS 的情況下應盡量小些，保持較高的- R 以保證振蕩的穩定性。當無(wú)法滿(mǎn)足- R 要求時(shí)應考慮對IC 的特性重新評價(jià)、選擇。
  （2） Rf 值選?。喝∮玫腦TAL 為基本波的時(shí)候，Rf選用1MΩ；3RD 模式的XTAL 時(shí)須考慮截止頻率必須界于基頻與3RD 的中間以保證3RD 工作正常為原則，通常Rf 阻值在2 - 15KΩ 間。
    Rf 值選取
  （3） 為了避免對XTAL 的過(guò)激勵而影響電路的正常工作，建議采用Rr 以控制XTAL 的激勵功率；其數值視頻率高低可在33 - 68Ω間選取。
  （4） 對于有EMI 要求的振蕩電路設計中必須選取SEAM 焊封4PAD 的晶體諧振器，同時(shí)賦予合理接地方式，可滿(mǎn)足EMI 防護的需求。
  四、發(fā)展趨勢
石英產(chǎn)品與其它的電子器件同樣朝著(zhù)輕薄短小演進(jìn)。石英產(chǎn)品從1990 年開(kāi)始朝著(zhù)SMD 的方向發(fā)展，1998 年開(kāi)始又向小型SMD 的方向發(fā)展，因此輕薄短小的競爭也就從此白熱化起來(lái)。隨著(zhù)CPU 的運轉速度的加快，石英諧振器和石英振蕩器的高頻化進(jìn)程也在加快。在石英水晶的壓電效應發(fā)展至今，將進(jìn)入重要的頻率控制組件發(fā)展的新紀元。