【导读】如同人体离不开心脏提供生存必须的脉搏一样，电子设备也需要“心脏”来为数据的传输和处理提供稳定的频率信号，晶振就是产生电子设备“脉搏”的“心脏”。

普通晶振只有绿豆大小，看上去是一个不起眼的小器件，它可是电子设备中一颗颗小 “心脏”，应用领域十分广泛，比如普通的智能手机中就有十多颗晶振在各个“岗位”上提供频率信号，电脑、路由器、蓝牙耳机等电子设备中也处处是晶振的身影，智能汽车等大型智能设备中更是搭载上百颗各种功能的晶振。除此之外，卫星、飞船、火箭等航天器中，晶振作为内部各个系统中电子设备的“心脏”，也为系统的正常工作提供稳定的频率频率信号。

那么，晶振是怎样工作的呢？晶振又有那些种类呢？

1.晶振是怎样工作的呢？

晶振，它的全称是石英晶体振荡器，是利用石英晶体的压电效应来工作的。晶体的压电效应是19世纪末法国的皮埃尔·居里发现的。从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片)，在晶片的两个表面上涂敷金或银层作为电极，若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为晶片的谐振频率时，振幅明显加大，这种现象称为压电谐振，谐振的频率会非常稳定，因此，晶振的输出频率才会非常稳定，我们的电子设备才能稳定工作。

2.晶振又有那些种类呢？

晶振按照应用场合的不同，可以分为普通时钟晶振、高频差分晶振、温补晶振和恒温晶振等。普通时钟晶振是直接利用晶体谐振频率进行工作的时钟振荡器，它结构较为简单，用途很广泛，比如我们家用的石英钟表就是采用普通时钟晶振制作的。高频差分晶振通常采用锁相倍频的原理将晶体谐振频率倍频到很高频率，实现高频率的运算和高速传输，它的输出频率可以达到GHz，也就是每秒振荡10亿次，智能设备和5G通信都少不了它。温补晶振是利用温度补偿技术，使得晶振的输出频率更加稳定。恒温晶振通常采用恒温技术将晶振的工作温度控制在非常小的范围内，使得晶振的工作环境极为稳定，目前世界上最稳定的频率设备——原子钟，就是采用它输出的频率信号的。

3.为什么区分了有源晶振和无源晶振？

无源晶振是只有2个引脚的无极性元件，无源晶振自身无法产生振荡，它需要借助于时钟电路才能产生振荡信号。无源晶振不存在负载电压的问题，它的信号电平是可以变化的，也就是说它的信号依靠是根据时钟电路决定的，所以无源晶振可以适用于多种电压，用于不同时钟信号电压要求的DSP，而且价格也比较低，特别适合于产品线丰富批量大的生产者。

但是无源晶振的缺陷也十分明显，无源晶振的信号质量差，必须要依靠精确的外围电路匹配，而且在更换不同频率的晶体时，还必须要对周围的电路配置进行修改调整，十分的麻烦且耗费精力。

有源晶振具有4只引脚，相较于无源晶振来说它是一个完整的晶体振荡器。有源晶振并不需要借助外围电路进行振荡，它的信号质量很好而且很稳定，连接方式相对来说也非常简单（主要是做好电源滤波，通常使用一个电容和电感构成的PI型滤波网络，输出端用一个小阻值的电阻过滤信号即可），并不需要配置很复杂的电路，是时下半导体公司都十分喜爱的晶振之一。相较于无源晶体来说，有源晶振就具有了固定信号电平的缺陷，必须要有合适的固定信号电平才能输出，所以相对来说灵活性不高且成本也会增加。

但是对于时序要求敏感的应用，还是有源晶振好，在无线透传模块应用中加入有源晶振，提高了数据透传的时效性，让用户的需求更方便、更高效、更快捷的完成。

日本主导全球晶振市场，高端晶振国产化需求强烈

石英晶振起始于欧美，日本后来居上。石英晶振最早起源于 1880 年居 里兄弟研究水晶片时发现的压电效应，此后在欧美国家石英晶振初级产 品被逐步开发成型，上世纪 40 年代日本晶振厂商开始起步，实现了石英 晶振的量产。经过几十年的发展，日本晶振厂商在行业内技术领先，产 值最大；美国晶振厂商研究水平较高，但产值较小，以军工产品为主； 中国台湾与大陆晶振厂商起步较晚，与日系企业还存在一定差距。

全球石英晶振市场集中于日本、中国台湾、美国、中国大陆。2020 年， 全球前 10 大晶振厂商合计占据 63.86%的市场份额，市场集中度较高， 日本厂商以近一半的市场份额处于主导地位。2020 年市场份额前 5 名的 晶振厂商中，日本厂商占据了 4 名，分别为 Epson、NDK、KCD、KDS， 且市场份额均在 5%以上，处于绝对领先。中国台湾地区厂商近年来发展 迅速，2020 年 TXC 以 11.06%的市场份额排名第一，较 2019 年的市场 份额提升 1.82pct。根据测算，国内两大晶振厂商泰晶科技与惠伦晶体， 2020 年在全球晶振市场中的市场份额分别为 2.39%、1.59%。

高端晶振呈现高频率、小型化、高精度、高可靠性的趋势。随着智能电 子、移动终端等产品向便捷化发展，5G 时代对通信质量要求越来越高， 车载环境越来越复杂，石英晶振行业逐步向高频率、小型化、高精度、 高可靠性方向发展，一般而言，晶振尺寸越小，频率也会越高。在晶振 行业中，若按频率进行分类，一般将 KHz 晶振作为低频产品，0—50MHz 晶振作为高频产品，50MHz 以上晶振作为高基频产品，其中 50MHz 以 上的高基频产品因其具有的高频率特性，即是我们常说的高端晶振之一， 目前国内厂商中的惠伦晶体、泰晶科技具有高基频晶振的量产能力。

中国大陆厂商以中低端晶振市场为主，高端晶振市场国产替代需求强烈。 日本厂商凭借领先的技术实力，在频率、尺寸、精度方面走在行业前列， 高端产品占据优势，同时受到原材料与人力成本上升的影响，逐步将毛 利率较低的中低端业务转移至中国、东南亚等地区，转而专注于附加值 更高的高端晶振产品。我国晶振行业起步较晚，技术实力与日本领先厂 商仍存在一定差距，虽然承接日本产业转移后产值逐步加大，但以中低 端晶振产品为主，具有高频率、小型化、高精度、高可靠性的高端晶振 仍然主要依靠进口。面对国内 5G、新能源产业的迅速发展，中国厂商在 全球 5G、新能源领域的市场份额不断提升，下游客户对高端晶振需求量 快速增长，高端晶振的国产替代需求强劲。

接棒日本，高端产能替代扩张

国产晶振厂商近年来资本开支水平保持相对高位，产能持续扩张。自 2011 年以来，为承接日本中低端晶振产业转移，逐步实现中低端晶振的 国产替代，国产晶振厂商资本开支持续保持高位。2011 年惠伦晶体、泰 晶科技、东晶电子三家厂商总资本开支占总营收比例高达 59.0%，远高 于日本与中国台湾主要厂商同期资本开支比率。2020 年，面对日渐强烈 的高端晶振国产替代需求，国产晶振厂商抓住日本高端晶振产业转移的 机遇，再次加大资本开支，三家厂商的总资本开支占总营收比例，由 2019 年的 13.0%提升至 2020 年的 41.1%，资本开支水平大幅提高，产能扩张 意愿强烈。

中国晶振厂商产能扩张以高端晶振为主，全力迎接即将到来的国产替代 需求爆发。由于近两年我国 5G、物联网、WIFI6、智能穿戴等下游领域 发展迅速，对高端晶振产品需求旺盛，叠加疫情影响，国内产能供给不 能满足需求，高端晶振产品缺货明显，中国晶振厂商大力扩张产能，积 极为国产替代趋势下的需求爆发做好准备。惠伦晶体、泰晶科技、晶赛 科技等国内领先晶振厂商，均先后开始建设产能扩张项目，其中泰晶科 技与惠伦晶体扩产项目均以高频化、小型化的高端晶振产品为主，项目 达产后有望缓解国产替代趋势下高端晶振市场的旺盛需求。

高基频与车规晶振双翼齐飞，助力国产晶振厂商再上新台阶。（1）高基 频晶振带来量价齐升：随着全球 5G 建设进程加速，推动了高基频晶振 的市场需求快速增长，在此机遇下，国产高基频晶振突破壁垒，获得高 通等方案商认证，向全球众多品牌手机厂商的供货量将持续攀升；同时 高基频晶振优化产品结构，提升产品均价，国产晶振厂商有望迎来量价 齐升。（2）车规晶振开启第二增长曲线：车规晶振对可靠性要求高，较 普通晶振毛利率大幅提升，同时电动汽车单车对晶振的需求量显著增加， 随着新能源汽车产业的蓬勃发展，车规晶振将为国产晶振厂商带来新的 利润增长点。

来源：贤集网

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