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1、怎样判断晶振的好坏,晶振使用手册,大洋晶振为了撑起民族晶振一片天而努力！,目 錄,石英壓電振子的優點 石英壓電振子的振動原理 石英晶體諧振器構造 石英晶片的製作流程 石英晶體的製作工藝流程 石英晶體諧振器的電氣參數 石英晶體諧振器的機械和環境性能試驗 石英晶體諧振器的等效電路,石英晶體諧振器的簡易振蕩電路 石英晶體諧振器的特性曲線 石英晶體諧振器的參數測試 石英晶體諧振器的常見問題及處理方法 石英晶體諧振器在使用過程中的注意事項,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,1 石英晶體諧振器,壓電石英晶體諧振器簡稱爲石英諧振器。它由石英晶片、電極、支架和外殼等部分組成。它的性能與晶片的切型和尺寸
2、、電極的設置、裝架形式，以及加工工藝等有關。其中，晶片的切型問題是設計時首先要考慮的關鍵問題。由於石英晶體不是在任何方向都具有壓電效應，也不是從石英晶體上任意切下一塊晶片，就具有單一的振動模式(即單頻性)和零溫度係數，因此只有沿某些方向切下來的晶片才能滿足設計要求。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,石英晶片本身爲一壓電材料（Piezoelectric Material），利用外電壓加於晶片的兩側産生電場，由於壓電材料本身機械電性耦合（Coupling）作用，使晶體本身産生機械變形，由晶體的切割面受到機械應力的作用，晶體的兩個相對面又會産生一電位差，這種特性稱爲壓電（Piezoelec
3、tric）效應。當我們加一交流電壓於晶體上，晶片即可産生振蕩。 振動的頻率會依晶體的不同而異，石英晶體切割片愈薄，切割技術愈困難，但諧振頻率愈高。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,一般把機械式的自然振動稱爲諧振，以LC等效電路替代。一個爲RLC串聯諧振，另一爲RLC與C0的並聯諧振。由阻抗對頻率的關係曲線得知，Fs串聯諧振時阻抗極低，Fp反諧振時阻抗很高。本章以HC-49/U爲例進行描述。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,11 石英壓電振子的優點,穩定性好,變化小 準確性好,精度高 LOW POWER ,激勵功率小 固定性(非可調式) (與一般RC,RLC,LC振蕩電路作比
4、較),,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,12 石英壓電振子的 振動原理,壓電效應：1879年法國物理學家發現,在無對稱中心的結晶,會因受到機械的壓縮或拉伸時,而産生了電極。 逆壓電效應：相反，對X軸方向的電場伸縮應力會産生逆壓電效應。使用這種特性産生機械振動，轉換成頻率信號。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,伸縮應力 圖 1 石英壓電振子的振動原理,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,13 石英晶體諧振器構造,1 基 座 2 支 架 3 晶 片 4 電 極 5 導電膠 6 外 殼,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,14 石英晶片的製作流程,,大洋电子为了撑起民族
5、晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,15 石英晶體的製作 工藝流程,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,16 石英晶體諧振器的 電氣參數,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,以下是一些專業術語的解釋,頻率：晶體技術條件中規定的頻率，通常標識在産品外殼上。 工作頻率：晶體與工作電路共同産生的頻率 調整頻差：在規定條件下，基準溫度（253）時工作頻率相對於標稱頻率所允許的偏差。 溫度頻差：在規定
6、條件下，在工作溫度範圍內相對於基準溫度（252）時工作頻率的允許偏差。 老化率：在規定條件下，晶體工作頻率隨時間而允許的相對變化。以年爲時間單位衡量時稱爲年老化率。 靜電容：等效電路中與串聯臂並接的電容，也叫並電容，通常用C0表示。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,負載電容：與晶體一起決定負載諧振頻率fL的有效外界電容，通常用CL表示。 負載電容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF。只要可能就應選推薦值：10pF、20pF、30pF、50pF、100pF。 負載諧振頻率（fL）：在規定條件下，晶體與一負載電容相串聯或相並聯，其組合阻抗呈現爲電阻
7、性時的兩個頻率中的一個頻率。在串聯負載電容時，負載諧振頻率是兩個頻率中較低的一個，在並聯負載電容時，則是兩個頻率中較高的一個。 負載諧振電阻：在負載諧振頻率時呈現的等效電阻。用RL表示。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,激勵電平：晶體工作時所消耗功率的表徵值。 激勵電平可選值有：2mW、1mW、0.5mW 、0.2mW、0.1mW、50W、20W、10W、1W、0.1W等。 基頻：在振動模式最低階次的振動頻率。 泛音：晶體振動的機械諧波。泛音頻率與基頻頻率之比接近整數倍但不是整數倍，這是它與電氣諧波的主要區別。泛音振動有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。,,大洋电子为了撑起民
8、族晶振一片天而努力！,應用指南,石英晶體諧振器根據其外型結構不同可分爲HC-49U、HC-49/S、HC-49S/SMD、UM-1、UM-5及柱狀晶體等。 HC-49U適用于具有寬闊空間的電子産品如通信設備、電視機、電話機、電子玩具中。 HC-49/S適用於空間高度受到限制的各類薄型、小型電子設備及産品中。 HC-49S/SMD爲准表面貼裝型産品，適用于各類超薄型、小型電腦及電子設備中。 柱狀石英晶體諧振器適用於空間狹小的穩頻計時電子産品如計時器、電子鐘、計算器等。 UM-1、UM-5系列產品主要應用於移動通訊産品中，如BP機、移動手機等。 石英晶體諧振器主要用於頻率控制和頻率選擇電路。本指南
9、有助於確保不出現性能不滿意、成本不合適及可用性不良等現象。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,幾種關係,振動模式與頻率關係：基頻 135MHz 3次泛音 1075MHz 5次泛音 50150MHz 7次泛音 100200MHz 9次泛音 150250MHz 晶體電阻：對於同一頻率，當工作在高次泛音振動時其電阻值將比工作在低次振動時大。 工作溫度範圍與溫度頻差：在提出溫度頻差時，應考慮設備工作引起的溫升容限。當對溫度頻差要求很高，同時空間和功率都允許的情況下，應考慮恒溫工作，恒溫晶體振蕩器就是爲此而設計的。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,負載電容與頻率牽引：在許多應用中，都有
10、用一負載電抗元件來牽引晶體頻率的要求，大多數情況下，這個負載電抗呈容性。 負載電容的選擇：晶體工作在基頻時，其負載電容的標準值爲20pF、30pF、50pF、100pF。而泛音晶體經常工作在串聯諧振，在使用負載電容的地方，其負載電容值應從下列標準值中選擇：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF。 激勵電平的影響：一般來講，AT切晶體激勵電平的增大，其頻率變化是正的。激勵電平過高會引起非線性效應，導致可能出現寄生振蕩；嚴重熱頻漂；過應力頻漂及電阻突變。當激勵電平過低時則會造成起振阻力不易克服、工作不良及指標的不穩定。 濾波電路中的應用：應用于濾波電路中時，除通常的規定外，更應注意其等效電
11、路元件的數值和誤差以及寄生回應的位置和幅度，由於濾波晶體設計的特殊性，所以用戶選購時應特別說明。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,17 石英晶體諧振器的 機械和環境性能試驗 1機械性能試驗,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,2環境性能試驗,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,*檢測在252環境下實施，每次試驗後，檢測前必須恢復4小時。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,18 石英晶體諧振器的 等效電路,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,19 石英晶體諧振器的 簡易振蕩電路
12、,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,110 石英晶體諧振器的 特性曲線,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,111 石英晶體諧振器的 參數測試,石英諧振器的參數,主要包括諧振頻率(或負載諧振頻率SL)、動態電阻R1（或負載諧振電阻RL）、動態電容C1、動態電感L1及靜態電容C0。這些參數的測量方法很多，如晶體阻抗計法、電橋法、零相位測試法等。由於晶體阻抗計法所需設備簡單，在2.5KHz200MHz頻率範圍內，對石英諧振器的測定精度可達5106，所以生産上都用它來測定石英諧振器參數。下表給出了按工作頻率範圍分類的晶體阻抗計系列，以供參考。,
13、,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,按工作頻率範圍分類的晶體阻抗計系列,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,諧振頻率的測定 將石英諧振器插入晶體阻抗計測試孔內，調節阻抗計的板柵調諧回路，使之柵流表A的指示到達最大值。這時阻抗計的輸出頻率即爲石英諧振器的諧振頻率。 當石英諧振器的頻率高於125MHz時，必須加中和電感L0，使石英諧振器的靜電容C0中和後，才能測出諧振頻率的準確值。 動態電阻R1的測定 晶體阻抗計測定動態電阻R1的方法，採用替代法。石英諧振器在諧振頻率時，它的阻抗呈電阻性，所以可用一個電阻替代。如果插入替代電阻後，測得的頻率和振幅與石英諧振器測量時的頻率和振幅相同，則可
14、認爲替代電阻與石英諧振器的動態電阻R1是等效的。此時電阻的數值就是該石英諧振器的動態電阻。,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,靜態電容C0的測定 可用電容電橋、Q表等儀器直接測量石英諧振器的靜電容C0。測量頻率要低於石英諧振器的諧振頻率（一般取1KHz）。應該注意，這樣測得的靜電容，還包括支架電容等。 動態電容C1和動態電感L1的測定 動態電容C1和動態電感L1是石英諧振器在諧振狀態下的等效電容和等效電感，所以不能用電容電感電橋直接測量。通常都是在石英諧振器上串聯一個負載電容CL後，測出它有負載電容CL時的負載諧振頻率SL與無負載電容CL時的諧振頻率，然後通過有關公式求出C1和L1。
15、石英諧振器在串聯一個負載電容CL後的負載諧振頻率SL與諧振頻率、電容C0、C1、CL之間的關係爲：SL（1C1/(C0+CL)）1/2 （1）,,大洋电子为了撑起民族晶振一片天而努力！,由上式即可得到動態電容C1爲： C12(C0+CL)/ （2） 式中，SL。 動態電感L可通過串聯諧振頻率公式1/2L1 C1 和式（2）求得，即爲： L11/42 2 C11/82(C0+CL) （3） 式（2）和（3）爲計算動態電容C1和動態電感L1的有關公式。 確定石英諧振器的參數R1、C0、C1、L1及之後，還可求出下述參數：等效串聯電阻R串(ESR)R1(1-C0/CL)2 等效並聯電阻R並(ESR)1/42 2CL2R串,
