晶振知識培訓(xùn)課件

技術(shù)員知識培訓(xùn)石英晶體常規(guī)技術(shù)指標(biāo)標(biāo)稱頻率

晶體元件規(guī)范所指定的頻率。調(diào)整頻差基準(zhǔn)溫度時(shí)，工作頻率相對于標(biāo)稱頻率的最大允許偏離。常用ppm（1/106）表示。溫度頻差在整個(gè)溫度范圍內(nèi)工作頻率相對于基準(zhǔn)溫度時(shí)工作頻率的允許偏離。常用ppm（1/106）表示。諧振電阻（Rr）晶體元件在串聯(lián)諧振頻率Fr時(shí)的電阻值。負(fù)載電容（CL）

與晶體元件一起決定負(fù)載諧振頻率FL的有效外界電容靜態(tài)電容（C0）等效電路靜態(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積、晶片厚度和晶片加工工藝。它的常用計(jì)算公式為：

C0=KC0×Ae×F0＋C常數(shù)

KC0——電容常數(shù)，其取值與裝架形式、晶片形狀有關(guān);Ae——電極面積，單位mm2；

F0——標(biāo)稱頻率，單位KHz；

C常數(shù)——常數(shù)，單位PF;動(dòng)態(tài)電容（C1）等效電路中動(dòng)態(tài)臂里的電容。它的大小主要取決于電極面積，另外還和晶片平行度、微調(diào)量的大小有關(guān)。它的常用公式為：

C1=KC1×Ae×F0＋C常數(shù)

KC1——電容常數(shù)；

負(fù)載諧振頻率（FL）晶體元件與一負(fù)載電容串聯(lián)或并聯(lián)，其組合阻抗為電阻性的兩個(gè)頻率中的一個(gè)頻率。品質(zhì)因數(shù)（Q）品質(zhì)因數(shù)又稱機(jī)械Q值，它是反映諧振器性能好壞的重要參數(shù)，它與L1和C1有如下關(guān)系

Q=wL1/Rr=1/wRrC1

如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且還會導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定。反之Q值越高，頻率越穩(wěn)定。相對負(fù)載頻率偏置（DL）

晶體負(fù)載諧振頻率相對于串聯(lián)諧振頻率的變化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似計(jì)算：

DL≈C1/2（C0＋CL）相對頻率牽引范圍（DL1,L2）晶體在兩個(gè)固定負(fù)載間的頻率變化量。

D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│牽引靈敏度（TS）晶體頻率在一固定負(fù)載下的變化率。

TS≈-C1*1000/2*（C0+CL）2激勵(lì)電平相關(guān)性（DLD）由于壓電效應(yīng)，激勵(lì)電平強(qiáng)迫諧振子產(chǎn)生機(jī)械振蕩，在這個(gè)過程中，加速度功轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和彈性能，功耗轉(zhuǎn)化為熱。后者的轉(zhuǎn)換是由于石英諧振子的內(nèi)部和外部的摩擦所造成的。摩擦損耗與振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的速度有關(guān)，當(dāng)震蕩不再是線性的，或當(dāng)石英振子內(nèi)部或其表面及安裝點(diǎn)的拉伸或應(yīng)變、位移或加速度

達(dá)到臨界時(shí)，摩擦損耗將增加。因而引起頻率和電阻的變化。加工過程中造成DLD不良的主要原因

——諧振子表面存在微粒污染。主要產(chǎn)生原因?yàn)樯a(chǎn)環(huán)境不潔凈或非法接觸晶片表面；

——諧振子的機(jī)械損傷。主要產(chǎn)生原因?yàn)檠心ミ^程中產(chǎn)生的劃痕。

——電極中存在微?；蜚y球。主要產(chǎn)生原因?yàn)檎婵帐也粷崈艉湾兡に俾什缓线m。

——裝架是電極接觸不良；

——支架、電極和石英片之間存在機(jī)械應(yīng)力。寄生響應(yīng)所有晶體元件除了主響應(yīng)（需要的頻率）之外，還有其它的頻率響應(yīng)。減弱寄生響應(yīng)的辦法是改變晶片的幾何尺寸、電極，以及晶片加工工藝，但是同時(shí)會改變晶體的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)。寄生響應(yīng)的測量⑴SPDB用DB表示Fr的幅度與最大寄生幅度的差值；加工難度大的指標(biāo)調(diào)整頻差小于+/-5PPM。溫度范圍寬頻差窄的。有Q值要求的。49S晶體矮殼的。有C0、C1、TS的。晶體測量設(shè)備目前晶體測試儀組成方式多為網(wǎng)絡(luò)分析儀（或廠家自制網(wǎng)絡(luò)分析卡）加專用軟件。測試功能強(qiáng),幾乎所有的晶體參數(shù)全能測出。目前世界晶體行業(yè)公認(rèn)的設(shè)備廠商有美國S&A公司、香港科研公司，他們的設(shè)備準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、應(yīng)用面廣。香港科研公司測試設(shè)備KH1200KH1102KH3020KH3288石英晶體應(yīng)用過程中應(yīng)注意的問題防止對晶體破壞石英晶體的心臟部件為石英晶片，它隨晶體頻率的增加而變薄，因此對于中、高頻晶體在使用、運(yùn)輸過程中應(yīng)避免發(fā)生劇烈沖擊和碰撞。以防因晶片破裂而造成產(chǎn)品失效。石英晶體是靠導(dǎo)電膠連接基座和晶片的。導(dǎo)電膠的主要成分是銀粉和環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂在高溫下會失效。因此建議石英晶體應(yīng)避免在150℃以上長時(shí)間存放。規(guī)定工作溫度范圍及頻率允許偏差工程師可能只規(guī)定室溫下的頻差。對于在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)要求給定頻差的應(yīng)用，還應(yīng)該規(guī)定整個(gè)工作溫度范圍的頻差，規(guī)定這種頻差時(shí)，應(yīng)該考慮設(shè)備引起溫升的容限。規(guī)定整個(gè)工作范圍內(nèi)頻差的基本方法有兩種：⑴規(guī)定整個(gè)溫度范圍內(nèi)的總頻差，如：-20-70℃范圍總頻差為±50ppm，這種方法一般用于具有較寬頻碴而不采用頻率微調(diào)的場合。⑵規(guī)定下列部分的頻差：

a.基準(zhǔn)溫度下的頻差為±20ppm；

b.在-20-70℃整個(gè)溫度范圍內(nèi)，相對于基準(zhǔn)溫度實(shí)際頻率的偏差±20ppm；這種方法一般用于具有較嚴(yán)頻差的，要靠頻率牽引來消除基準(zhǔn)溫度下頻差的場合。負(fù)載電容和頻率牽引在許多應(yīng)用中，都是用一負(fù)載電抗元件來牽引晶體頻率的。這對于調(diào)整制造公差、在鎖相環(huán)回路中以及調(diào)頻應(yīng)用中可能是必要的。在絕大多數(shù)應(yīng)用中，這個(gè)負(fù)載電抗元件是容性的。負(fù)載諧振頻率（FL）與諧振頻率（Fr）的相對頻率成為“負(fù)載諧振頻率偏置（DL）”。負(fù)載電容簡單近似計(jì)算如下：

CL≈（C1C2/（C1+C2））+C雜散

這里C雜散指晶體元件周邊電路的分布電容。資料介紹PCB電路板的分布電容多為5-6pF。晶體振蕩器

功能基本裝置振蕩功能附加電壓（analog）控制功能附加Digital

功能直接利用石英振蕩器晶體的特性SPXOVCXODC-VCXO補(bǔ)償頻率溫度特性而加以利用TCXO（模擬）DTCXO（數(shù)字）VC-TCXOVC-DTCXODC-TCXO在恒溫槽內(nèi)控制溫度而加以利用OCXOVC-OCXODC-OCXO電壓控制石英振蕩器（VCXO）

控制外來的電壓，使輸出頻率能夠變化或調(diào)變的石英振蕩器。恒溫槽式石英振蕩器（OCXO）

以恒溫槽保持石英振蕩器或石英振蕩晶體在一定溫度，控制其輸出頻率在周圍溫度下也能保持極小變化量之石英振蕩器。除了以上四種振蕩器外，隨著PLL、Digital、Memory技術(shù)的應(yīng)用，其他功能的多元化石英振蕩器也快速增加時(shí)鐘振蕩器

（CLOCKOSCILLATORS）標(biāo)稱頻率：指定的頻率中心值。頻率偏差：全溫度范圍內(nèi)頻率偏移量。溫度范圍：器件經(jīng)歷的環(huán)境溫度。輸入電壓：工作電壓。輸入電流：工作電流。起振時(shí)間:指從加電開始計(jì)時(shí)到晶振振蕩到標(biāo)稱頻率（含頻差）所用的時(shí)間。上升時(shí)間(Tr):“0”電平上升到“1”電平的時(shí)間下降時(shí)間(Tf)：“1”電平下降到“0”電平的時(shí)間占空比(DUTY):DUTY=Th/T*100%，TYPICAL：45%--55%輸入電流（測試電路）SMD5x7晶振

頻率范圍：1--100M

工作溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-20PPM-40--85℃≥+/-25PPM

起振時(shí)間：5mSMAX

工作電壓：3.3V、5V

上升、下降時(shí)間：≤10M：10nSMAX

＞10M：5nSMAXDIP型晶振（全尺寸、半尺寸）

頻率范圍：1--83.3M

工作溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-10PPM-20--70℃≥+/-20PPM

工作電壓：3.3V、5V

起振時(shí)間：5mSMAX

上升、下降時(shí)間：≤10M：10nSMAX

＞10M：5nSMAXSMD5x7VCXO

頻率范圍：1--36M

工作溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-20PPM

工作電壓：3.3V

壓控電壓：0.3V--3.0V

牽引范圍：+/-100PPM

線性度：10%MAX

起振時(shí)間：5mSMAX上升、下降時(shí)間：≤10M：10nSMAX

＞10M：5nSMAX

DIPVCXO（全尺寸）頻率范圍：1--27M工作溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-20PPM工作電壓：3.3V壓控電壓：0.3V--3.0V牽引范圍：+/-100PPM線性度：10%MAX起振時(shí)間：5mSMAX上升、下降時(shí)間：≤10M：10nSMAX

＞10M：5nSMAX機(jī)械和氣候?qū)嶒?yàn)（可靠性實(shí)驗(yàn)）密封試驗(yàn)B

試驗(yàn)設(shè)備：氦質(zhì)譜儀試驗(yàn)方法：氦氣加壓0.5Mpa，120分鐘判定標(biāo)準(zhǔn)：漏率應(yīng)小于110－９Pa*m３/sec自由跌落試驗(yàn)設(shè)備：跌落試驗(yàn)箱試驗(yàn)方法：高度75cm，30mm厚硬木板，跌落3次。判定標(biāo)準(zhǔn)：頻率變化值應(yīng)小于+/-5PPM，諧振電阻變化值應(yīng)小于

15%+3Ohm。振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備：振動(dòng)試驗(yàn)臺

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:電磁振動(dòng)臺試驗(yàn)方法：頻率10-55Hz，振幅1.5mm，55-500Hz,20g三個(gè)垂直方向,每個(gè)方向30分鐘。判定標(biāo)準(zhǔn)：頻率變化值應(yīng)小于+/-5PPM，諧振電阻變化值應(yīng)小于

15%+3Ohm。

引出端強(qiáng)度

試驗(yàn)設(shè)備：自制夾具，拉力計(jì)。試驗(yàn)方法：按GB/T12273-1996及下列規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)嚴(yán)酷等級：拉力0.5kg，彎曲力0.25kg。判定標(biāo)準(zhǔn)：無引線松動(dòng)及玻璃珠破裂,引線無斷裂及明顯傷痕。

可焊性

試驗(yàn)設(shè)備：可焊性試驗(yàn)臺試驗(yàn)方法：235±5℃，，浸漬時(shí)間2±0.5秒，10倍放大鏡目測。判定標(biāo)準(zhǔn)：引線浸潤良好，新錫層面積占被試面積的95%以上。

穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)設(shè)備：濕熱試驗(yàn)箱