小小晶振為何能撐起電子設備供能，高端晶振是否已全面國產化？
普通晶振只有綠豆大小，看上去是一個不起眼的小器件，它可是電子設備中一顆顆小 “心臟”，應用領域十分廣泛，比如普通的智能手機中就有十多顆晶振在各個“崗位”上提供頻率信號，電腦、路由器、藍牙耳機等電子設備中也處處是晶振的身影，智能汽車等大型智能設備中更是搭載上百顆各種功能的晶振。除此之外，衛星、飛船、火箭等航天器中，晶振作為內部各個系統中電子設備的“心臟”，也為系統的正常工作提供穩定的頻率頻率信號。
那么，晶振是怎樣工作的呢？晶振又有那些種類呢？
1.晶振是怎樣工作的呢？
晶振，它的全稱是石英晶體振蕩器，是利用石英晶體的壓電效應來工作的。晶體的壓電效應是19世紀末法國的皮埃爾·居里發現的。從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片(簡稱為晶片)，在晶片的兩個表面上涂敷金或銀層作為電極，若在石英晶體的兩個電極上加一電場，晶片就會產生機械變形。反之，若在晶片的兩側施加機械壓力，則在晶片相應的方向上將產生電場，這種物理現象稱為壓電效應。在一般情況下，晶片機械振動的振幅和交變電場的振幅非常微小，但當外加交變電壓的頻率為晶片的諧振頻率時，振幅明顯加大，這種現象稱為壓電諧振，諧振的頻率會非常穩定，因此，晶振的輸出頻率才會非常穩定，我們的電子設備才能穩定工作。
2.晶振又有那些種類呢？
晶振按照應用場合的不同，可以分為普通時鐘晶振、高頻差分晶振、溫補晶振和恒溫晶振等。普通時鐘晶振是直接利用晶體諧振頻率進行工作的時鐘振蕩器，它結構較為簡單，用途很廣泛，比如我們家用的石英鐘表就是采用普通時鐘晶振制作的。高頻差分晶振通常采用鎖相倍頻的原理將晶體諧振頻率倍頻到很高頻率，實現高頻率的運算和高速傳輸，它的輸出頻率可以達到GHz，也就是每秒振蕩10億次，智能設備和5G通信都少不了它。溫補晶振是利用溫度補償技術，使得晶振的輸出頻率更加穩定。恒溫晶振通常采用恒溫技術將晶振的工作溫度控制在非常小的范圍內，使得晶振的工作環境極為穩定，目前世界上最穩定的頻率設備——原子鐘，就是采用它輸出的頻率信號的。
3.為什么區分了有源晶振和無源晶振？
無源晶振是只有2個引腳的無極性元件，無源晶振自身無法產生振蕩，它需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號。無源晶振不存在負載電壓的問題，它的信號電平是可以變化的，也就是說它的信號依靠是根據時鐘電路決定的，所以無源晶振可以適用于多種電壓，用于不同時鐘信號電壓要求的DSP，而且價格也比較低，特別適合于產品線豐富批量大的生產者。
但是無源晶振的缺陷也十分明顯，無源晶振的信號質量差，必須要依靠精確的外圍電路匹配，而且在更換不同頻率的晶體時，還必須要對周圍的電路配置進行修改調整，十分的麻煩且耗費精力。
有源晶振具有4只引腳，相較于無源晶振來說它是一個完整的晶體振蕩器。有源晶振并不需要借助外圍電路進行振蕩，它的信號質量很好而且很穩定，連接方式相對來說也非常簡單（主要是做好電源濾波，通常使用一個電容和電感構成的PI型濾波網絡，輸出端用一個小阻值的電阻過濾信號即可），并不需要配置很復雜的電路，是時下半導體公司都十分喜愛的晶振之一。相較于無源晶體來說，有源晶振就具有了固定信號電平的缺陷，必須要有合適的固定信號電平才能輸出，所以相對來說靈活性不高且成本也會增加。
但是對于時序要求敏感的應用，還是有源晶振好，在無線透傳模塊應用中加入有源晶振，提高了數據透傳的時效性，讓用戶的需求更方便、更高效、更快捷的完成。
日本主導全球晶振市場，高端晶振國產化需求強烈
石英晶振起始于歐美，日本后來居上。石英晶振最早起源于 1880 年居 里兄弟研究水晶片時發現的壓電效應，此后在歐美國家石英晶振初級產 品被逐步開發成型，上世紀 40 年代日本晶振廠商開始起步，實現了石英 晶振的量產。經過幾十年的發展，日本晶振廠商在行業內技術領先，產 值最大；美國晶振廠商研究水平較高，但產值較小，以軍工產品為主； 中國臺灣與大陸晶振廠商起步較晚，與日系企業還存在一定差距。
全球石英晶振市場集中于日本、中國臺灣、美國、中國大陸。2020 年， 全球前 10 大晶振廠商合計占據 63.86%的市場份額，市場集中度較高， 日本廠商以近一半的市場份額處于主導地位。2020 年市場份額前 5 名的 晶振廠商中，日本廠商占據了 4 名，分別為 Epson、NDK、KCD、KDS， 且市場份額均在 5%以上，處于絕對領先。中國臺灣地區廠商近年來發展 迅速，2020 年 TXC 以 11.06%的市場份額排名第一，較 2019 年的市場 份額提升 1.82pct。根據測算，國內兩大晶振廠商泰晶科技與惠倫晶體， 2020 年在全球晶振市場中的市場份額分別為 2.39%、1.59%。
高端晶振呈現高頻率、小型化、高精度、高可靠性的趨勢。隨著智能電 子、移動終端等產品向便捷化發展，5G 時代對通信質量要求越來越高， 車載環境越來越復雜，石英晶振行業逐步向高頻率、小型化、高精度、 高可靠性方向發展，一般而言，晶振尺寸越小，頻率也會越高。在晶振 行業中，若按頻率進行分類，一般將 KHz 晶振作為低頻產品，0—50MHz 晶振作為高頻產品，50MHz 以上晶振作為高基頻產品，其中 50MHz 以 上的高基頻產品因其具有的高頻率特性，即是我們常說的高端晶振之一， 目前國內廠商中的惠倫晶體、泰晶科技具有高基頻晶振的量產能力。
中國大陸廠商以中低端晶振市場為主，高端晶振市場國產替代需求強烈。 日本廠商憑借領先的技術實力，在頻率、尺寸、精度方面走在行業前列， 高端產品占據優勢，同時受到原材料與人力成本上升的影響，逐步將毛 利率較低的中低端業務轉移至中國、東南亞等地區，轉而專注于附加值 更高的高端晶振產品。我國晶振行業起步較晚，技術實力與日本領先廠 商仍存在一定差距，雖然承接日本產業轉移后產值逐步加大，但以中低 端晶振產品為主，具有高頻率、小型化、高精度、高可靠性的高端晶振 仍然主要依靠進口。面對國內 5G、新能源產業的迅速發展，中國廠商在 全球 5G、新能源領域的市場份額不斷提升，下游客戶對高端晶振需求量 快速增長，高端晶振的國產替代需求強勁。
接棒日本，高端產能替代擴張
國產晶振廠商近年來資本開支水平保持相對高位，產能持續擴張。自 2011 年以來，為承接日本中低端晶振產業轉移，逐步實現中低端晶振的 國產替代，國產晶振廠商資本開支持續保持高位。2011 年惠倫晶體、泰 晶科技、東晶電子三家廠商總資本開支占總營收比例高達 59.0%，遠高 于日本與中國臺灣主要廠商同期資本開支比率。2020 年，面對日漸強烈 的高端晶振國產替代需求，國產晶振廠商抓住日本高端晶振產業轉移的 機遇，再次加大資本開支，三家廠商的總資本開支占總營收比例，由 2019 年的 13.0%提升至 2020 年的 41.1%，資本開支水平大幅提高，產能擴張 意愿強烈。
中國晶振廠商產能擴張以高端晶振為主，全力迎接即將到來的國產替代 需求爆發。由于近兩年我國 5G、物聯網、WIFI6、智能穿戴等下游領域 發展迅速，對高端晶振產品需求旺盛，疊加疫情影響，國內產能供給不 能滿足需求，高端晶振產品缺貨明顯，中國晶振廠商大力擴張產能，積 極為國產替代趨勢下的需求爆發做好準備。惠倫晶體、泰晶科技、晶賽 科技等國內領先晶振廠商，均先后開始建設產能擴張項目，其中泰晶科 技與惠倫晶體擴產項目均以高頻化、小型化的高端晶振產品為主，項目 達產后有望緩解國產替代趨勢下高端晶振市場的旺盛需求。
高基頻與車規晶振雙翼齊飛，助力國產晶振廠商再上新臺階。（1）高基 頻晶振帶來量價齊升：隨著全球 5G 建設進程加速，推動了高基頻晶振 的市場需求快速增長，在此機遇下，國產高基頻晶振突破壁壘，獲得高 通等方案商認證，向全球眾多品牌手機廠商的供貨量將持續攀升；同時 高基頻晶振優化產品結構，提升產品均價，國產晶振廠商有望迎來量價 齊升。（2）車規晶振開啟第二增長曲線：車規晶振對可靠性要求高，較 普通晶振毛利率大幅提升，同時電動汽車單車對晶振的需求量顯著增加， 隨著新能源汽車產業的蓬勃發展，車規晶振將為國產晶振廠商帶來新的 利潤增長點。
