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1、LONGCHEER CONFIDENTIAL 1晶体及晶振相关知识LONGCHEER CONFIDENTIAL三旗硬件部路斌PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 2晶体介绍 晶体(crystal)是自然界存在的石英材料，也可以人造石英，目前做晶振的石英基本上都是人造的。其具有的压电效应被人们用其来做频率基准。可以这么说吧，它就是块以特定方式(AT或BT等)切割的水晶。 用它作振荡器时，结合具体的振荡电路(如克莱拍，考皮兹等)完成一个完整的振荡电路的功能。那完整的振荡电路就是有源电路，而其中所用的一块晶体就是无源晶体，有人叫无
2、源晶振，那是不准确的。 如果把完整的带晶体的振荡电路集成在一块，可能再加点其它控制功能集成到一起，封装好，引几个脚出来，这就是你所说的有源晶振。英文叫Oscillator。而晶体则是Crystal. 可以说Oscillator是Crystal经过深加工的产品，而crystal是原材料。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 3石英晶体的压电效应 石英晶体的压电效应：对石英晶片施加压力就会产生+、-电荷，反过来，对晶片施加电压就产生晶片的机械形变，称这一现象为晶片的压电效应。加在晶体上的直流电压，加了又断，断了又加，由于相互影响
3、，于是就形成了固有的振荡，而且这一振荡频率不受周围环境的影响极小。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 4石英晶体等效模型PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 5石英晶体谐振器（晶体）相关术语 标称频率：晶体技术条件中规定的频率 工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（252）时工作频率的允许偏差 老化率：在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率 静电容：等效
4、电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用C0表示 负载电容：与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容，通常用CL表示 负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 6 动态电阻：串联谐振频率下的等效电阻。用R1表示 负载谐振电阻：在负载谐振频率时呈现的等效电阻。用RL表示，RLR1（1+C0/CL）2 激励电平：晶
5、体工作时所消耗功率的表征值 基频：在振动模式最低阶次的振动频率 泛音：晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等 激励电平的影响：一般来讲，AT切晶体激励电平的增大，其频率变化是正的。激励电平过高会引起非线性效应，导致可能出现寄生振荡；严重热频漂；过应力频漂及电阻突变。当激励电平过低时则会造成起振阻力不易克服、工作不良及指标的不稳定PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 7石英晶体振荡器（晶振） 普通晶振（PXO）：是一种没有
6、采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品 温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。补偿后频率稳定度在10-710-6量级，由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强 压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。 恒温晶振（OCXO）：采用精密控温，使电路元
7、件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。中精度产品频率稳定度为10-710-8，高精度产品频率稳定度在10-9量级以上。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 8PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 9PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 10PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 11晶体振荡电路设计要点 控制电阻（C
8、ontrol Resistance）,加入一个控制电阻Rd可以更好的限制晶体的电流和减少IC输出阻抗对振荡电路的影响 手机设计，一般用到的振荡电路都是基本的振荡模式电路，晶体工作在基频PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 12晶振生产工艺PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 13晶体的封装PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 14PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创
9、建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 15石英晶体振动模式PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 16PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 17PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 18PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 19温度特性PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCH
10、EER CONFIDENTIAL 20PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 21晶振频率测量 需要使用有源探头测量 输入阻抗100 Mohm 输入电容 0.1 pF 测量的时候确保晶体未经过加热操作，否则测量不准。 示波器测量只能测量大概的参考值 也可以选用频率计测量时钟信号PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 22研发设计要点 布局要远离邮票孔PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 23
11、晶体失效原因高温温度冲击造成内部失效PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 24晶体失效原因机械振动 bear a mechanical shock of 5000g / 0.3ms，强烈振动造成内部音叉断裂 一般来讲，1.5m高度自由跌落晶体将会损坏晶体内部的音叉。 而在工程上有以下因素可能造成问题： 贴片机造成的振动 分板机造成的振动损坏 Ultrasonic Washing and Welding，会引起共振PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 25晶
12、体失效原因其他因素 静电，在进行时钟信号测量的时候，如果测试探头带有强静电，可能导致晶体损坏。 Drive level，正常情况下，避免Drive level大于1mW，如果大于该值后，可能导致频率偏移；如果大于17mW后，tuning fork可能由于驱动过大而折断。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 26时钟相关在手机中的案例1. 手机工作不正常的情况原因1：手机在切割分板的时候由于分板机巨大的切割力导致晶振受力损坏对策1：修改拼版方式，改变邮票孔位置，使之远离晶振.对策2：调整分板机的切割速度，切割速度尽可能保持在1.5万转min3万转min，一定不能大于3.5万转min。对策3：调整元件布局，将晶振放置在板内，尽量不要靠近板边。原因2：手机在返修线上返修的时候烙铁加热时间过长。对策：培训返修工操作方法。2. 时钟信号影响到其他模块的工作FM出现误台现象，每次设置自动搜台的时候总是有96MHz这个台，但是当地该台为空台，检查布线后发现，TCXO19.2MHz这个信号线走在了FM接收天线附近造成接收错误，从而出现误台。PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 LONGCHEER CONFIDENTIAL 27谢谢！PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建
