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1、晶振知识大全晶振的定义: 晶振的英文名称为crystal. 石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成，主要是为电路提供频率基准的元器件。晶振的分类：1.按制作材料，分为石英晶振和陶瓷晶振。石英晶振：利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本结构大致是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。 陶瓷晶振：指用陶瓷外壳封装的晶振,跟

2、石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。陶瓷晶振就是晶体逆压电效应原理，陶瓷谐振器的工作原理就是既可以把电能转换为机械能，也可以把机械能转换为电能。目前陶瓷谐振器的类型按照外形可以分为直插式和贴片式两中。 2. 从功能上分晶振分为无源晶振和有源晶振。无源晶振即为石英晶体谐振器 ，而有源晶振即位石英晶体振荡器。 无源晶振只是个石英晶体片，使用时需匹配相应的电容、电感、电阻等外围电路才能工作，精度比晶振要低，但它不需要电源供电，有起振电路即可起振，一般有两个引脚，价格较低。有源晶振内部含有石英晶体和匹配电容等外围电路，精度高、输出信号稳定，不需要设计外围

3、电路、使用方便，但需要电源供电，有源晶振一般是四管脚封状，有电源、地线、振荡输出和一个空置端。使用有源晶振时要特别注意，电源必须是稳压的且电源引线尽量短，并尽量与系统中使用晶振信号的芯片共地。3、从封装形式上分有直插型（DIP）和贴片型（SMD）。4、按谐振频率精度，分为高精度型、中精度型和普通型晶振。5、按应用特性，分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。串联谐振型晶振：负载电容较小，属于低负载电容型晶振；只能在低负载电容的条件下，或者说只能在串联型振荡电路中使用；由于晶振是与负载电容串联形成谐振，所以可通过微调负载电容，把振荡频率精确地调到标准值。并联谐振型晶振：负载电容很大，属于高负载电容型

4、晶振；只能在高负载电容的条件下，或者说只能在并联型振荡电路中使用；并联型振荡电路的振荡频率不可调，这就要求并联谐振型晶振的精度更高、性能更稳定、谐振频率更精准。6、电子钟表中的晶振，按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。石英的化学成分为SiO2，晶体属六方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。受压或受热能产生 压电效应。压电效应石英晶体在压力作用下产生形变，同时产生电极化。其极化强度与压力成正比。这种现象就称“正压电效应”。反之，在电场作用下，晶体产生形变，其形变大小与电场强度成正比，这种现象称“逆压电效应”

5、。利用压电效应，当极板外加交变电压时，产生机械形变;机械形变反过来产生交变电场。机械形变振幅较小，晶体振动的频率比较稳定。当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相等时，机械振动的振幅急剧增加。石英晶片的切型： 在制造工艺中，首先要对石英晶体原材料进行切割研磨处理，其中一道很重要的工序是定角。由于石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，经过大量研究，已发现了几十种有用的切割方式。切型的习惯表示方法：AT， BT，CT，DT，ET，FC， SC，LC等。 石英晶体的振动模式：石英晶体常规技术指标：标称频率 晶体元件规范所指定的频率。调整频差 基准温度

6、时，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常用ppm（1/106）表示。温度频差 在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。常用ppm（1/106）表示。谐振电阻（Rr） 晶体元件在串联谐振频率Fr时的电阻值。负载电容（CL）CL（C1C2 /（C1+C2）+C杂散 与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容。 这里C杂散指晶体元件周边电路的分布电容。资料介绍PCB电路板的分布电容多为5-6pF 。静态电容（C0） 等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为： C0=KC0AeF0C常数 KC0电容常数，其取值与装架形

7、 式、晶片形状有关; Ae电极面积，单位mm2； F0标称频率，单位KHz； C常数常数，单位PF;动态电容（C1） 等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。它的常用公式为： C1=KC1AeF0C常数 KC1电容常数； Ae电极面积，单位mm2; F0标称频率，单位KHz; C常数常数，单位PF;动态电感（L1） 等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相关量，它的常用公式为： L1=1/(2F0）2C1 (mh) 串联谐振频率（Fr） 晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。负载谐振频率（FL） 晶体元件与一负载电容串联

8、或并联，其组合阻抗为电阻性的两个频率中的一个频率。品质因数（Q） 品质因数又称机械Q值，它是反映谐振器性能好坏的重要参数，它与L1和C1有如下关系 Q=wL1/Rr=1/wRrC1 如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率不稳定。反之Q值越高，频率越稳定。相对负载频率偏置（DL） 晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似计算： DLC1/2（C0CL）相对频率牵引范围 （ DL1,L2） 晶体在两个固定负载间的频率变化量。 D(L1,L2)=(FL1-FL2)/Fr=C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)牵引灵敏度

9、（TS） 晶体频率在一固定负载下的变化率 。 TS-C1 *1000/ 2*（C0+CL）2激励电平相关性（DLD） 由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。后者的转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度 达到临界时，摩擦损耗将增加。因而引起频率和电阻的变化。 加工过程中造成DLD不良的主要原因 谐振子表面存在微粒污染。主要产生原因为生产环境不洁净或非法接触晶片表面； 谐振子的机械损伤。主要产生原因为研磨过程中产生的划

10、痕。 电极中存在微粒或银球。主要产生原因为真空室不洁净和镀膜速率不合适。 装架是电极接触不良； 支架、电极和石英片之间存在机械应力。寄生响应 所有晶体元件除了主响应（需要的频率）之外，还有其它的 频率响应。减弱寄生响应的办法是改变晶片的几何尺寸、电极，以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。 寄生响应的测量 SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值； SPUR 在最大寄生处的电阻； SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。 石英晶体谐振器的组成和特性：由石英片，电极，基座，上盖、导电胶组成，其关键部分是石英片。石英片是弹性体，它有固有频率。石英片也是压

11、电体，谐振时，振动幅度最大，阻抗最小；失谐时，阻抗迅速加大。 石英晶体谐振器的基本参数：FL:指定负载CL时的谐振频率；Fr:谐振频率;Xe=0时的频率；CL:特定负载谐振频率时的负载电容(pf)；C0:静电容（pF）;C1:动态电容（fF）；L1:动态电感。(mH)；RR:动态电阻。Ohm；Q:品质因数。Q=2fL1/R1；TS:指定负载CL时测试的频率因负载电容变化而引起的牵引能力(ppm/pf)；PWR:激励功率(uW)；石英晶体谐振器的应用：石英谐振器一般作为电感元件在振荡电路中起稳频作用，而电路的其它元件均可等效为一个负载电容与石英谐振器串联或并联。负载电容的大小将对石英谐振器的等效

12、参数及频率稳定度带来影响。石英晶体谐振器激励电平选择：一般取1100uW为佳。激励电平的大小直接影响石英谐振器的性能，所以电路设计者一定要严格控制石英谐振器在规定的激励电平下工作，以便充分发挥石英谐振器的特点。激励电平过大， 会导致晶体本身永久损坏，引起等效电阻变大和Q值下降， 电阻温度特性和频率问题特性变得不稳定， 引发寄生振动。 激励电平过小，会导致不易起振，影响工作的温定和可靠性。晶体谐振器使用注意事项：1. 抗冲击 SJK公司的晶体产品设计可抵抗物理冲击，但在某些环境下晶体产品也会受到损坏，比如从桌子上掉落或者在安装过程受到冲击。如果产品受到冲击，确保重新检查产品特性。2. 焊接耐热

13、使用时应注意到PCB组装过程中的焊接或再流焊的温度应在 26010；焊接时间应不大于10 s.尽可能使温度变率曲线保持平滑。3. 超声波清洗 使用AT切割晶体和表面声波(SAW)谐振器/滤波器的产品，可以通过超声波进行清洗。但是，在某些条件下， 晶体特性可能会受到影响，而且内部线路可能受到损坏。确保已事先检查系统的适用性。使用音叉晶体可能无法确保能够通过超声波方法进行清洗，因为晶体可能受到破坏。对于可清洗产品，应避免使用可能对产品产生负面影响的清洗剂或溶剂等。4. 机械振动的影响当晶体产品上存在任何给定冲击或受到周期性机械振动时，比如：压电扬声器、压电蜂鸣器、以及喇叭等，输出频率和幅度会受到影

14、响。(1)理想情况下，机械蜂鸣器应安装在一个独立于晶体器件的PCB板上。 (2)如果您安装在同一个PCB板上，最好使用余量或切割PCB。5. 储藏 (1)在更高或更低温度或高湿度环境下长时间保存晶体产品时，会影响频率稳定性或焊接性。请在正常温度和湿度环境下保存这些晶体产品，并在开封后尽可能进行安装，以免长期储藏。正常温度和湿度：温度：+15至 + 35，湿度25% RH至85% RH。 (2)请仔细处理内外盒与卷带。外部压力会导致卷带受到损坏6. 辐射 暴露于辐射环境会导致产品性能受到损害，因此应远离辐射。7. 化学制剂 /PH值环境 请勿在PH值范围可能导致腐蚀或溶解产品或封装材料的环境下使

15、用或储藏这些产品。8. 粘合剂 请勿使用可能导致产品所用的封装材料、终端、组件、玻璃材料以及气相沉积材料等受到腐蚀的胶粘剂。( 比如， 氯基胶粘剂可能腐蚀一个晶体单元的金属“盖”，从而破坏密封质量、降低性能。)9.卤化合物 请勿在卤素气体环境下使用产品。即使少量的卤素气体，比如在空气中的氯气，对封装所用金属部件，都可能产生腐蚀。同时，请勿使用任何会释放出卤素气体的树脂。石英振荡电路主要由IC、石英谐振器（简称：晶体）XTAL、电阻、PCB等组成，在实际应用中的线路原理图如下：石英晶体振荡器的分类： 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1100MHZ，

16、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。不施以温度控制及温度补偿的石英振荡器。频率温度特性依靠石英振荡晶体本身的稳定性。 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130MHz。低容差振荡器的频率稳定度是50ppm。通常用于锁相环路。控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英振荡器。 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160MHz，频率稳定度为0.12.5ppm，如果您需要使您的设备即开即用且要求高稳定度，您就

17、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。附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化之石英振荡器。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

18、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1109。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。以恒温槽保持石英振荡器或石英振荡晶体在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量之石英振荡器。石英晶体振荡器的主要参数1、频率偏差晶体振荡器实际频率在一定工作条件下与标准频率的偏差。2、频率温度偏差晶体振荡器是一定工作温度下频率的变化特性。3 、频率总偏差在规定工作条件范围内频率允许偏差满足要求，频率总偏差包括频度偏差，频率温度偏差，电压频率变化，负载变化，老化等。对于频率稳定度要求20ppm或以上的应用，可使用普通无补偿的

19、晶体振荡器。对于成于1至10ppm的稳定度，应该考虑TCXO。对于低于1ppm的稳定度，应该考虑OCXO。4、电源和负载晶体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。一般考虑为+/-5%或+/-10%。5、输出波形晶体振荡器有CMOS、TTL、CMOS/TTL兼容、PECL和正弦波输出。6 、起动时间晶体振器从起动到稳定输出的时间，用ms表示。7 、上升时间 /下降时间波形前沿/后沿在两规定电平之间变化的时间间隔，两个电平可以是VOL和VOI两个逻辑电平或是其最大幅度的10%和90%（VHT-VLO）VOL低电平输出电压；VOH高电平输出电压；VHI 脉冲波形的高电平

20、电压；VLO脉冲波形的低电平电压。8 、三态输出 tri-state output允许或不允许使用输入控制信号的输出状态。不允许方式下，门的输出阻抗置为高阻，允许测试信号加到紧接的下一个状态。9 、对称性（占空比）输出电压达到规定电平之上用的时间t1与输出电压达到该规定电平以下用的时间t2之比，用占信号整个周期的百分数表示。规定电平可以是VOL和VOH之间的算术平均值或幅度峰峰值的50%。比值表示为： DUTY=t1/(t1+t2)10 、电压调谐与频率变化 VCXO的频率偏移值同加在其调谐电路上的控制电压的大小有关。VCXO标称频率对应的调谐电压规定为VCC（电源电压）的一半。VCC为5V的

21、VCXO，控制电压为2.5V时就产生中心频率。控制电压为（0.54.5）V的VCXO，其频率变化曲线的斜率为正。也就是说，当控制电压从2.5V上升为4.5V时，振荡器的频率将增大；当控制电压从2.5V降为0.5V时，振荡器的频率将减小。振荡器的频率随控制电压变化的特性，往往用调谐灵敏度这一物理量来描述。调谐灵敏度用单位ppm/V表示。如果VCXO的牵引度为100ppm，控制电压范围为（0.54.5）V，则其调谐灵敏度等于50ppm/V。11 、电磁干扰 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PCB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

22、来说，具有较慢上升/下降时间的振荡器呈现较好的EMI特性。 PECL型振荡器通常具有最好的总噪声抑制，甚至在10至100MHz的较低频率下，PECL型也比其它型的振荡器略胜一筹。12、老化率 在恒定的环境条件下测量振荡器频率时，振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的，规定的时限内最大的总频率变化（如：5ppm/每年）来表示。13、相位噪声 相位噪声：相位噪声是频率域的概念，在某一给定偏移频率处的dBc/Hz值，其中dBc是以dB为单位的该频率处功率与总功率的比值。一个振荡器在某一偏移频率处的相位噪声定义为在该频率处1Hz带宽内的信号功率与信号的

23、总功率比值。 在频域测量获得的相位噪声是短期稳定度的真实量度。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良好的相位噪声性能。采用锁相环倍频器产生输出频率的振荡器比不采用锁相环技术的振荡器一般呈现较差的相位噪声性能。14、抖动 抖动与相位噪声相关，但是它在时域下测量。抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。以微微秒(ps)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要求必需满足严格的抖动指标。需要密切注意在这些系统中应用的振荡器的抖动和相

24、位噪声特性。 （1）周期抖动（period jitter） 测量实时波形中每个时钟和数据的周期的宽度。这是最早最直接的一种测量抖动的方式。这一指标说明了时钟信号每个周期的变化。 （2）周期间抖动（cycle-cycle jitter） 测量任意两个相邻时钟或数据的周期宽度的变动有多大，通过对周期抖动应用一阶差分运算，可以得到周期间抖动。这个指标在分析琐相环性质的时候具有明显的意义。晶体振荡器使用注意事项： 所有晶体振荡器和实时时钟模块都以CMOS IC形式提供。请注意下列要点。1. 静电 尽管电路中提供了一个抗静电保护电路，执行级别的静电仍可能损坏该IC电路。请为容器和封装材料选择导电材料。在

25、处理的时候，请使用电焊枪和无高电压泄漏的测量电路，并进行接地操作。2. 噪音 在电源或输入端上施加执行级别的不相干噪音，可能导致会引发功能失常或击穿的闭门或杂散现象。 为了维持稳定运行，在接近晶体产品的电源输入端处（在VCC-GND之间）添加一个具有高于0.1F的电容。请不要允许任何产生高级别噪音的设备存在于晶体振荡电路周围。3. 电源线路 电源的线路阻抗应尽可能低。4. 输出负载 建议将输出负载安装在尽可能靠近振荡器的地方（在20mm范围之间）。5. 未用输入终端的处理 未用针脚可能会引起噪声响应，从而导致非正常工作。同时，当P通道和N通道都处于打开时，电源功率消耗也会增加；因此，请将未用输

26、入终端连接到VCC或GND。6. 热影响 重复的温度巨大变化可能会降低受损害的晶体单元的产品特性，并导致塑料封装里的线路击穿。必须避免这种情况。7. 安装方向 振荡器的不正确安装会导致故障以及崩溃，因此安装时，请检查安装方向是否正确。8. 通电 不建议从中间电位和/或极快速通电，否则会导致无法产生振荡和/或非正常工作。电容匹配原理： 晶体元件的负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。是晶振要正常振荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑IC芯片输入端的对地电容。应用时一般在给出负载电容值附近调整即可得到精确频率。此电容的大小主

27、要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 各种逻辑芯片的晶振引脚可以等效为电容三点式振荡器。晶振引脚的内部通常是一个反相器，或者是奇数个反相器串联。 在晶振输出引脚XO和晶振输入引脚XI之间用一个电阻连接，对于CMOS芯片通常是数 M 到数十M欧之间。很多芯片的引脚内部已经包含了这个电阻，引脚外部就不用接了。这个电阻是为了使反相器在振荡初始时处于线性状态，反相器就如同一个有很大增益的放大器，以便于起振。 石英晶体也连接在反相器引脚的输入和输出之间，等效为一个并联谐振回路，振荡频率应该是石英晶体的并联谐振频率。 晶体旁边的两个电容接地，实际上就是电容三点式电路的分压电容，接地点就是分压点。以接地点

28、即分压点为参考点，振荡引脚的输入和输出是反相的，但从并联谐振回路即石英晶体两端来看，形成一个正反馈以保证电路持续振荡。虽然外接电容值是固定的，但IC、三极管和PCB的分布电容会因加工工艺而做成差异。常见的反相器振荡电路设计，其等效负载可用: CL=C1 C2 / (C1 + C2) + CS+ CIC CS:PCBA的分布电容 （手机板12PF,其它电路板23PF)CIC:IC的输入/输出电容在许可的范围内，C1,C2值越低越好，C值偏大虽有利于振荡器稳定，但会增加起振时间，但C值过小，振荡器的稳定性将变差。应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶体起振。一般情况下，增大负载电容会使振荡频

29、率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高负载电容是指晶振的两条引线连接 IC 块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。晶振旁的电阻（并联与串联）一份电路在其输出端串接了一个 22K 的电阻，在其输出端和输入端之间接了一个 10M 的电阻，这是由于连接晶振的芯片端内部是一个线性运算放大器，将输入进行反向

30、 180 度输出，晶振处的负载电容电阻组成的网络提供另外 180 度的相移，整个环路的相移 360 度，满足振荡的相位条件，同时还要求闭环增益大于等于 1，晶体才正常工作。晶振输入输出连接的电阻作用是产生负反馈，保证放大器工作在高增益的线性区，一般在 M 欧级，输出端的电阻与负载电容组成网络，提供 180 度相移，同时起到限流的作用，防止反向器输出对晶振过驱动，损坏晶振。和晶振串联的电阻常用来预防晶振被过分驱动。晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升，并导致晶振的早期失效，又可以讲 drive level 调整用。用来调整 drive level 和发振余裕度。X

31、in 和 Xout 的内部一般是一个施密特反相器,反相器是不能驱动晶体震荡的.因此,在反相器的两端并联一个电阻,由电阻完成将输出的信号反向 180 度反馈到输入端形成负反馈,构成负反馈放大电路.晶体并在电阻上,电阻与晶体的等效阻抗是并联关系,自己想一下是电阻大还是电阻小对晶体的阻抗影响小大?电阻的作用是将电路内部的反向器加一个反馈回路，形成放大器，当晶体并在其中会使反馈回路的交流等效按照晶体频率谐振，由于晶体的 Q 值非常高，因此电阻在很大的范围变化都不会影响输出频率。过去，曾经试验此电路的稳定性时，试过从 100K20M 都可以正常启振，但会影响脉宽比的。晶体的 Q 值非常高, Q 值是什么意思呢？晶体的串联等效阻抗是 Ze = Re + jXe, Re |jXe|, 晶体一般等效于一个 Q 很高很高的电感，相当于电感的导线电阻很小很小。Q 一般达到 10-4 量级。避免信号太强打坏晶体的。电阻一般比较大，一般是几百 K。串进去的电阻是用来限制振