石英晶体具有压电效应。施加电场时会产生机械形变；受到机械形变时又会产生电信号。利用这一特性，石英晶体可作为谐振器，与振荡电路配合产生稳定的频率信号。晶体谐振器的机械振动特性可用电气等效电路表示。

石英晶体的等效电路

晶体谐振器常用的等效电路包括两部分：

动态支路：R1、L1、C1串联，用于模拟晶体的机械振动特性；

静态电容C0：并联在动态支路两端，用于模拟晶体电极、引线和封装形成的寄生电容。

R1、L1、C1共同决定晶体的串联谐振特性；C0则会影响并联谐振频率和负载电容匹配。（ R1动态电阻、 L1动态电感、C1动态电容、C0静态电容或并联电容）

R1：动态电阻或运动电阻

R1表示晶体在等效电路动态支路中的损耗电阻，用于模拟晶体机械振动过程中的能量损耗。它通常与晶体在串联谐振附近的阻抗表现密切相关。

R1受到多种因素影响，包括：石英晶片质量与切型、晶片尺寸和工作频率、电极材料与镀膜工艺、支架、焊点和封装结构、封装应力与机械损耗、温度、老化和环境条件。

在动态电感L1保持相近的前提下，R1越小，动态支路损耗越低，Q值通常越高，振荡电路也更容易获得足够的起振裕量。但不能简单认为“Q值只由石英原料品质决定”。石英原料质量很重要，晶片加工、电极设计、封装结构和制造工艺同样会影响Q值与R1。更多内容可参考《Q值》。

ESR：等效串联电阻

ESR是Equivalent Series Resistance的缩写，中文通常称等效串联电阻。对晶体谐振器而言，ESR通常指在规定测试条件和规定谐振点下测得的等效串联损耗电阻。

在许多晶体规格书中，ESR与动态电阻R1的含义接近，或在串联谐振频率附近可近似理解为同一类损耗参数。但在不同仪器、测试频率、夹具和等效模型下，R1与ESR的标注和数值可能不完全相同。因此，比较不同产品的ESR时，应同时确认：频率、电平、测试夹具和校准方式、测试温度、规格书中ESR、R1或谐振电阻的具体定义。

ESR较低通常表示晶体损耗较小，有助于提高起振裕量。但“ESR越低越好”也不能脱离系统判断，仍需与芯片振荡器驱动能力、负载电容和允许驱动电平进行匹配。

RR：谐振电阻

RR通常用于表示晶体在规定谐振条件下测得的等效电阻或谐振电阻。其物理意义同样与晶体在机械振动过程中的能量损耗有关。

RR可能受到以下因素影响：

晶片内部损耗

电极和支架损耗

封装结构及机械应力

温度和湿度环境

测试频率、测试电平及夹具寄生参数

在部分测试报告或厂商资料中，RR可能与R1、ESR十分接近；在另一些定义中，RR可能是由特定仪器、特定测试模型得到的参数。因此，不能在缺少测试条件时，直接将不同厂家标示的RR、R1和ESR数值进行一一等同或横向比较。

R1、RR与ESR的区别

三者都用于描述晶体的损耗和谐振阻抗表现。实际应用中，最重要的是确认规格书规定的最大允许值，以及该参数与芯片振荡器的匹配情况。

电阻参数与Q值有什么关系？

Q值是品质因数，用于描述谐振器储存能量相对于每个周期损耗能量的能力。对于串联RLC等效模型，在其他参数相近时：

Q ≈ ωL1 ÷ R1

其中ω为角频率、L1为动态电感、R1为动态电阻。

R1增大通常意味着损耗增大、Q值下降；R1减小通常意味着损耗减小、Q值升高。但不同频率、不同尺寸和不同晶体结构的L1、C1并不相同，不能只依据R1绝对数值判断哪一颗晶振的Q值更高或性能更好。

R1、RR、ESR对晶振起振有什么影响？

无源晶振需要依靠外部振荡电路起振。若晶体的动态电阻或谐振电阻较高，意味着电路损耗更大，芯片内部振荡器需要提供更强的负阻和足够的环路增益，才能可靠起振。当R1、RR或ESR超出芯片振荡器可驱动范围时，可能出现：

起振时间变长

低温或低电压下不起振

振幅不足或振荡不稳定

温度变化后停振

老化后起振裕量下降

因此，晶振选型时应确认晶振的最大ESR或最大谐振阻抗，是否低于芯片数据手册允许的上限，并为温度、批次差异和老化预留足够裕量。

常见问题

ESR和R1是同一个参数吗？

在许多晶体规格书中，两者在串联谐振附近可近似理解为同一类损耗电阻；但具体定义、测试频率和测试方法可能不同。应以产品规格书和测试报告的说明为准。

晶振ESR越低，起振一定越快吗？

较低ESR通常有助于提高起振裕量，但起振时间还受到芯片驱动能力、负阻裕量、负载电容、供电电压、温度和PCB布局影响，不能只用ESR单独判断。

为什么同频率晶振的ESR差异很大？

同频率产品可能采用不同晶片尺寸、切型、封装、电极工艺和负载电容设计，测试条件也可能不同，因此ESR或RR数值存在差异。比较时必须统一规格和测试条件。