大家一般会把石英晶体谐振器与石英晶体振荡器统称为晶振。
谐振器分为插件和贴片，一般需要外接元件组成振荡电路； 振荡器也可分为插件（DIP）和贴片（SMD），插件如长方形的DIP14封装，正方形的DIP8封装等，贴片有7*5，5*3.2等封装。
国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：
①普通晶体振荡（SPXO），可产生10^(-5)～10^(-4)量级的频率精度，标准频率1—100MHZ，频率稳定度是±100ppm。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，价格低廉，通常用作微处理器的时钟器件。
②电压控制式晶体振荡器（VCXO），其精度是10^(-6)～10^(-5)量级，频率范围1~30MHz。低容差振荡器的频率稳定度是±50ppm。通常用于锁相环路。
③温度补偿式晶体振荡（TCXO），采用温度敏感器件进行温度频率补偿，频率精度达到10^(-7)～10^(-6)量级，频率范围1—60MHz，频率稳定度为±0.1～±2.5ppm，如果您需要使您的设备即开即用且要求高稳定度，您就必须选用它，如果要求稳定度在0.5ppm以上，则需选择数字温度补偿晶体振荡器（MCXO或DTCXO）,它通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。
④恒温控制式晶体振荡（OCXO），它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。在OCXO中，有的只将石英晶体振子置于恒温槽中，有的是将石英晶体振子和有关重要元器件置于恒温槽中，还有的将石英晶体振子置于内部的恒温槽中，而将振荡电路置于外部的恒温槽中进行温度补偿，实行双重恒温槽控制法。利用比例控制的恒温槽能把晶体的温度稳定度提高到5000倍以上，使振荡器频率稳定度至少保持在1×10－9。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。
晶振的主要参数有标称频率，老化率、频率准确度、频率稳定度，相位噪声等。
标称频率是指晶振的标称输出频率； 老化率：随着时间的推移，频率值随着变化的大小，有年老化和日老化两种指标， 也有一些厂家提到10年或20年老化率的指标； 频率准确度：通常是指常温（25度）下，所测晶振频率相对标称频率的差值。 频率稳定度： 一般是指频率温度稳定度，是指在晶振的工作温度范围内频率随着温度变化的大小，一般用PPM或PPB来标示，1PPB=0.001PPM=1*10-9； 相位噪声：信号功率与噪声功率的比率(C/N),是表征频率颤抖的技术指标。一般来说雷达等设备会对相位噪声有特殊要求； 少数通信公司生产的恒温晶振， 频率温度稳定度己达1*10-10（-30到70度），相位噪声在1K位置可达-155dBc以上。
晶体还有一个重要的特性就是“RR等效阻抗”，晶振常出现停振现象。经分析均为晶片阻值大于80欧姆。所以其阻值也是一大特性！
频率稳定性的考虑
晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它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。 设计工程师要慎密决定特定应用的实际需要，然后规定振荡器的稳定度。指标过高意味着花钱愈多。
晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。根据目标产品的预期寿命不同，有多种方法可以减弱这种影响。晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化，也就是说在产品使用的第一年，这种现象才最为显著。例如，使用10年以上的晶体，其老化速度大约是第一年的3倍。采用特殊的晶体加工工艺可以改善这种情况，也可以采用调节的办法解决，比如，可以在控制引脚上施加电压（即增加电压控制功能）等。
与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动，这些指标应该规定出来。对于工业产品，有时还需要提出振动、冲击方面的指标，军用品和宇航设备的要求往往更多，比如压力变化时的容差、受辐射时的容差，等等。
输出必须考虑的其它参数是输出类型、相位噪声、抖动、电压特性、负载特性、功耗、封装形式，对于工业产品，有时还要考虑冲击和振动、以及电磁干扰（EMI）。晶体振荡器可HCMOS/TTL兼容、ACMOS兼容、ECL和正弦波输出。每种输出类型都有它的独特波形特性和用途。应该关注三态或互补输出的要求。对称性、上升和下降时间以及逻辑电平对某些应用来说也要作出规定。许多DSP和通信芯片组往往需要严格的对称性（45%至55%）和快速的上升和下降时间（小于5ns）。
相位噪声和抖动
在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。它可测量到中心频率的1Hz之内和通常测量到1MHz。
晶体振荡器的相位噪声在远离中心频率的频率下有所改善。TCXO和OCXO振荡器以及其它利用基波或谐波方式的晶体振荡器具有最好的相位噪声性能。采用锁相环合成器产生输出频率的振荡器比采用非锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。
抖动与相位噪声相关，但是它在时域下测量。以微微秒表示的抖动可用有效值或峰—峰值测出。许多应用，例如通信网络、无线数据传输、ATM和SONET要求必须满足严格的拌动指标。需要密切注意在这些系统中应用的振荡器的抖动和相位噪声特性。
电源和负载的影响
振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载变动的影响。正确选择振荡器可将这些影响减到最少。设计者应在建议的电源电压容差和负载下检验振荡器的性能。不能期望只能额定驱动15pF的振荡器在驱动50pF时会有好的表现。在超过建议的电源电压下工作的振荡器亦会呈现较差的波形和稳定性。
负载电容：
从石英晶振插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡电路加给石英晶振的负载电容。负载电容与石英晶振一起决定它的工作频率。通过调整负载电容一般可以将振荡电路的工作频率调整到标称值。负载电容可以根据具体情况作适当调整。负载电容太大时，杂散电容影响减小，但微调率下降；负载电容太小时，微调率增加，但杂散电容影响增加、负载谐振电阻增加，甚至起振困难。
激励电平：
石英晶振工作时消耗的有效功率，有时用流经石英晶振的电流表示。实际使用时，激励电平可以适当调整。激励强，容易起振，但频率老化大，激励太强甚至石英晶片破碎；降低激励，频率老化可以改善，但激励太弱时频率瞬稳变差，甚至不起振。
对于需要电池供电的器件，一定要考虑功耗。引入3.3V的产品必然要开发在3.3V下工作的振荡器。较低的电压允许产品在低功率下运行。现今大部分市售的表面贴装振荡器在3.3V下工作。许多采用传统5V器件的穿孔式振荡器正在重新设计，以便3.3V下工作。
封装
与其它电子元件相似，时钟振荡器亦采用愈来愈小型的封装。大普通信技术有限公司能够根据客户的需要制作各种类型、不同尺寸的晶体振荡器（具体资料请参看产品手册）。 通常，较小型的器件比较大型的表面贴装或穿孔封装器件更昂贵。所以，小型封装往往要在性能、输出选择和频率选择之间作出折衷。
工作环境
晶体振荡器实际应用的环境需要慎重考虑。例如，高强度的振动或冲击会给振荡器带来问题。
除了可能产生物理损坏，振动或冲击可在某些频率下引起错误的动作。这些外部感应的扰动会产生频率跳动、增加噪声份量以及间歇性振荡器失效。
对于要求特殊EMI兼容的应用，EMI是另一个要优先考虑的问题。除了采用合适的PC母板布局技术，重要的是选择可提供辐射量最小的时钟振荡器。一般来说，具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好的EMI特性。
检测
对于晶振的检测, 通常仅能用示波器(需要通过电路板给予加电)或频率计实现。万用表或其它测试仪等是无法测量的。如果没有条件或没有办法判断其好坏时, 那只能采用代换法了,这也是行之有效的。
晶振常见的故障有: (a)内部漏电； (b)内部开路； (c)变质频偏；(d)与其相连的外围电容漏电。从这些故障看,使用万用表的高阻档和测试仪的VI曲线功能应能检查出(C),(D)项的故障，但这将取决于它的损坏程度。
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。
附注
下面介绍了几个足以表现出一个晶体振荡器性能高低的技术指标，了解这些指标的含义，将有助于设计工程师顺利完成设计项目，同时也可以大大减少整机生产厂家的采购成本。
总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大频差。
说明：总频差包括频率温度稳定度、频率常温准确度、频率老化率、频率电源电压稳定度（电压特性）和频率负载稳定度（负载特性）共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。
频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。
说明：fT=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin) fTref ＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜,｜(fmin-fref)/fref｜] fT：频率温度稳定度(不带隐含基准温度)
以下年份未作仔细校正仅供参考
*1880年：居里兄弟（Pierre and Jacques Paul Currie）发现了石英晶体的压电效应。；
*1917年：法国 郎之万制成压电“声纳”，产生超声波，探测海中的潜艇；
*1921年：凯吉（CACY）等研制成用石英晶体稳频的晶体振荡器；其后由皮尔斯（PERICE）发明的晶体振荡器电路至今仍被采用；
*1923年，哈佛大学的G. W. Pierce证明，带一组电极的石英晶片能够被用来控制振荡器电路和单极电子管的频率。因此，相比于其他类型的振荡电路而言，皮尔斯振荡电路被用于更多的振荡器中。在20世纪20年代和30年代，主要应用在业余无线电装置。
*1927年：发明T型晶体滤波器电路；
*1934年：美国，麦森（MASON）等发明性能优良的桥型晶体滤波器电路；
*1934年：日本 古贺、德国 贝赫曼（BECHMAN）等几乎同时发明了具有零温度系数点和三次频温曲线的AT切型石英晶体谐振器； 并作成了5MHZ和2.5MHZ精密石英晶体谐振器，用其作成的恒温晶振（OCXO），其频率稳定度达到10-12/DAY和10-13/SEC的高稳定度性能；
*Galvin Mfg公司（今天的Motolola公司的前身）的Dan Nobel通过大量的工作来证明晶体控制是影响双路无线电通信的基础。最初应用于警用无线电通信。随后，在1939年，晶体控制器被大规模的用于美国军队无线通信系统中。在1943年期间，为了支持二次大战，大约有130制造商使用天然石英来生产晶体元件。
*1956年：研制成了小体积、低功耗的模拟温补晶振（TCXO）；同年人工合成水晶获得成功；
*1960年：人工合成水晶实现了工业化生产；
*1963年：美国 肖克莱（SHOCKLY）等用能陷理论，对晶体片中弹性波传播的截止现象及寄生产生的机理及其控制等作了理论性分析和解释，它为石英晶体谐振器的寄生抑制，和单片晶体滤波器的设计等提供了理论依据；
*1970年：为适应微电子技术发展的需要，引入微电子技术的平面工艺，研制成了贴片式晶体谐振器和表声波（SAW）晶体器件等；
*1975年：发明了具有应力补偿特性的 SC切型石英谐振器；
*1976年：引入数字技术和微处理芯片，研制成数字温补晶振（MCXO）和（DTCXO）试验品，宽温频稳可达2x10-8/-55-- +85 °C，它为发展小型数字温补晶振打下了基础；
*1980年-2004年的二十四年间：世界各国在实玩石英晶体元器件的生产自动化和规模化、以及产品小型化、片式化和数字化等各方面都得到了飞速的发展，产量也都大大的提高；
石英的一些优点：
压电效应：将压应力施加于石英材料引起相应的电势（piezein在希腊语中表示“施加压力” ）。相反，在石英片上下表面中形成一个电势差能够引起晶片振动。通过控制材料的几何形状，能够控制晶片的振动速率或频率。
温度系数低：在变化的温度环境下，石英晶体特性十分稳定。温度系数规定为超过在工作温度范围仅改变百万分之一的单位（例如：±50ppm）。
低损耗（高Q值）：石英晶体展现了卓越的老化滞后现象。换句话来说，随着时间的增长，产品仍可以稳定工作，通常规定如：五年后为10MHz ±50ppm。
牵引度：石英晶体有一定的牵引度范围。可以仅仅通过改变振荡电路的电容负载使振荡频率发生变化。
自然界产量丰富：在地壳中最常见的矿物中，石英晶体位居第二，长石位居第一。开采的材料被称为石英原矿，可以在近地壳表面找到。
能够再生：石英晶体可以进行人工合成。石英原矿在高压釜中经过加工，生长成高纯度和完美的石英晶体条。
重复处理技术：先进的制造技术及严格的误差控制确保极高的精度。
硬而不脆：这种材料的独特性在于，它是如此之硬从而可以进行加工，然而又不脆。这使得石英晶体有卓越的防冲击及振动能力。
晶体振荡器的可靠性和安全性设计考虑
要使晶体振荡器能实现高可靠工作，主要通过以下几个方面加以保证：
晶体振荡器中的关键器件——石英谐振器的可靠设计
1) 控制石英片切角 精确测量石英片切割角度保证零温度系数点控制在85℃±5℃的范围内。
2) 支架结构设计 封装的三点支撑支架作用主要是支撑石英片和实现可靠电连接。它的强度高，可靠性好，提高了石英谐振器耐机械振动、冲击和加速度的能力。
3) 新型封装形式 封装形式采用真空冷压焊封装，既保证了高Q值，也提高了可靠性。同时由于封装的体积小，晶体振荡器恒温的时间就短，这样温度均匀性好，避免因温度梯度所产生的应力效应带来对频率温度稳定度的影响。
4) 老化处理 ①预先将晶体经过一段时间的高温烘烤后再使用。 ②元器件选择 所有被选用的元器件必须经过严格的质量筛选。 ③控温电路的可靠性考虑 设计温度控制电路时，要防止可能出现超温现象和不控温现象。
SPXO晶振
XOs不采取任何温度补偿或恒温措施，各项技术指标中等水平，主要有输出形式、频率、稳定度三个技术参数：
A.输出：大多数应用系统都要求晶振输出与TTL、ECL、CMOS或正弦波兼容。各种输出形式详见图1 
图1
B.稳定度：振荡器的基本指标都是与输出频率相关的，与理想频率相比，振荡器的输出频率总会存在一定的误差，主要由三方面组成：
1.频率准确度
若晶振频率是固定频率输出，无其他调频方式（如电调整或机械调整），就要对晶振提该项指标，即出厂频率与理想频率的偏离程度。
2.温度稳定度
振荡器的输出频率受温度变化的影响。图2所示为晶体的温频特性曲线，它与晶体的切割角度有关，而晶振的温度稳定度取决于选择合适的晶体，并设计合适的振荡电路，二者协调工作，来保持晶体固有的稳定性。
图2
例如±10ppm/0℃~+50℃，表示在规定的温区内频率最大变化范围为20 ppm；有时频率变化范围是相对于一个参考值来说的（一般以室温25 ℃的输出频率为参考频率）。
3.老化率（长期稳定度）
晶体的工作参数随时间的变化会引起晶体振荡器的频率漂移（与其他外部因素无关）。图3所示为典型的晶体老化曲线，可见，晶体初始加电时，老化较快，随时间会有所改善，几星期后可达到最低老化率。若给晶体加适当电流，阻焊AT切晶体老化率一般为5ppm/第一年，3ppm/年第二年以后。如果用户系统要求更严格的老化率则要考虑①增加频率调整端，以便在一段时期后重新校准输出频率②采用更高质量的晶体谐振器，如真空玻壳或冷压焊封装。
图3
VCXO晶振
VCXOs在振荡电路中加一个变容二极管，通过改变变容二极管两端的电压来改变输出频率。可以在TCXO或OCXO基础上改进电压控制，则可称为TC/VCXO或OC/VCXO。
VCXO除了晶体振荡器的基本指标外，还有一些特殊指标：
A．控频电压：引起频率变化的可变的输入电压
B．控频范围：控频电压导致频率的变化范
围。例如0~5V控频电压调频范围为150ppm
C．斜率：即频率随电压变化的方向。
正斜率指频率随电压的升高而增加，如图
负斜率指频率随电压的升高而减小，如图
D．线性度：频率误差与最大控频范围的比率。如上图所示，理想的控频曲线应是一条直线，频率随电压呈线性变化（直线A），D为实际曲线，即指曲线D与直线A的最大离差程度。例如，控频范围为20KHz，线性度为±5%，则要求控频曲线D与直线A最大离差≤±1 KHz。又如图3，曲线与直线的最大离差为14ppm，控频范围100ppm，则线性度为±14ppm/100ppm=±14%。
E． 稳定度：晶体谐振器的高Q值决定了晶体振荡
器的高稳定度，这一特性不允许振荡器有很大的频差。但是如果为了得到足够大的控频范围，就必须降低振荡电路的Q值，这样就导致晶体的固有特性如温频特性、老化特性及短稳（与相噪相关），大大降低。因此，如果不是必须，最好不要要求太宽的控频范围。
ＴＣＸＯ晶振
A.温度稳定度
普通晶体振荡器温度稳定特性曲线如图所示（图中实线），如果在电路中增加一些器件，使它影响频率随温度的变化与原曲线大小相等、方向相反（图中虚线），这样就改善了振荡器的温度稳定度。
最简单的TCXO就是给晶体串联一个变容二极管，变容二极管两端电压发生变化时，容值改变，从而改变振荡频率。而热敏电阻网络的输出电压随温度的变化恰好能使变容二极管改变的频率补偿温度特性曲线。
由于不同TCXO都要根据各自晶体的温频特性来设计补偿网络，因此TCXO的价格与晶体的温频特性有很大关系。
例如，振荡器的温度稳定度为±1×10-6/-20℃~+70℃，是指在指定温区内，频率最大变化范围是2×10-6；若给定了参考频率（一般是25℃室温输出频率），则是指与参考频率的差值是±1×10-6。另外，TCXO的温频特性曲线并不是线性的，因此不能说温度变化1℃，频率就相应变化多少。
B.老化
普通晶体振荡器受温度影响较大，所以老化影响就变得很次要了。但对于温度稳定度较高的TCXO来说，晶体的老化就是影响频率的一个很重要的因素。因此，TCXO需采用真空玻壳或冷压焊封装的晶体，一般可达到±1×10-6/年。
OCXO晶振
如果XOs或TCXOs都不能达到所要求的稳定度，就应对晶体和主要电路采取恒温措施。
恒温控制
恒温控制是指一个电伺服系统持续向恒温槽加热，通过改变加热电流来补偿环境温度的变化。一般是由嵌在恒温槽中的热敏电阻来感应温度的，该热敏电阻作为桥式电路中的一臂，如下图所示。
当外界温度变化引起恒温槽温度降低时，热敏电阻阻值发生改变，引起桥路不平衡，使桥路输出电压增加，该电压经高增益差分放大器和功率放大器两级放大，直接驱动加热线圈，加热恒温槽，以补偿降低的温度。同理，当外界温度升高时，桥路输出电压就会减小，恒温槽加热电流也相应减小。
采用恒温措施改进振荡器的温度稳定度，可比晶体固有的温度稳定度提高5000倍（例如从±1×10-5到±1×10-9/0℃~+50℃）。但是恒温控制系统也不是完美的，因为①电路的开环增益不是无穷大的②恒温槽内也会存在温差③恒温槽外的电路也会由于环境温度的变化影响输出频率。因此环境温度的变化必然会引起输出频率的变化。
加热时间
当振荡器在室温下初加电时，其输出频率明显高于恒温槽加热稳定后的频率。这是因为，AT切晶体在室温下的频率比在高拐点处的频率高。可参看AT切晶体的温度特性曲线。
随着恒温槽加热，晶体频率迅速下降。一般，振荡器的加热时间为30分钟，但在某些快速加热的设计中，可减到≤5分钟。
拐点温度
恒温槽的工作温度（即晶体的拐点温度），必须高于环境温度最高值（至少高10℃）。因为恒温槽是靠加热控制温度的，外界温度低于拐点温度时，就将恒温槽加热到拐点温度；若外界温度高于拐点温度，恒温槽不可能降低其温度。
但是，恒温温度太高时会产生很多不利因素。首先，晶体的温频特性曲线，拐点越高，频率对温度的影响越敏感，如图；第二，更重要的是温度越高，晶体的老化特性越差。因此，设计恒温晶振选择拐点时，一定要综合考虑，既要根据实际情况尽量降低工作温度，又要保证其高于最高环境温度。
稳定性
A． 老化：晶体振荡器输出频率随时间的变化，它与其他外部因素无关。在发货前，生产商都会对晶振事先老化好，使其达到规定的老化率。
B． 温度稳定度：如前所述，由于恒温结构也存在缺陷环境温度的变化不可避免地会影响输出频率。该频率的变化是指频率与老化曲线的偏移量，与时间无关，如图所示。
环境温度的变化不会有滞后影响，也就是说，如果环境温度变化后又回到初始温度，频率就如同没有受温度影响一样。
C.重稳性和重现性：当晶振不加电放置一段时间后（如运输过程），再重新加电，晶体需要一个重新稳定的过程。如图大多数应用中，OCXO一般都持续加电工作，这时老化特性比开机重现性重要；但在某些场合中，常需要OCXO频繁断电再加电，此时就要考虑开机重现性了。
双旋转角度切割晶体（SC切和IT切）
SC切晶体的优势
1. 老化特性好：对给定的频率和泛音次数，SC切晶体的老化特性比AT切好2-3倍。
2. 快速恒温
3. 相位噪声特性好
4. 工作温度高：如图所示为AT切、IT切、SC切晶体的温频特性曲线。
AT切晶体的高拐点与SC切晶体的低拐点大致都在70℃~90℃温度范围内，由于要求晶体拐点温度至少要比最高环境温度高10℃，生产厂商还要留出余量，因此这两种晶体最适合工作的温区为50℃~75℃。IT切晶体有更高的拐点，工作温度范围可达85℃~95℃。需注意的是，SC切及IT切晶体在高温区内特性曲线相对较平坦，但在低温下，频率迅速降低，因此SC切晶体只适合用在高稳定恒温晶振中，而不适合应用于其他类型。
SC切晶体的劣势
1. 费用：由于SC切晶体采用难度较大的双旋转角度切割技术，大大增加了成本，因此价格较贵。2. 频率调整：相同频率和泛音次数下，SC切晶体的动态电容比AT切小几倍，使晶体的可调频率范围减小，因此SC切晶体不能用在要求调频范围较宽的TCXO、VCXO和某些OCXO中。
