晶振知識(shí)培訓(xùn)

技術(shù)員知識(shí)培訓(xùn)石英晶體常規(guī)技術(shù)目的標(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)，任務(wù)頻率相對(duì)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)任務(wù)頻率相對(duì)于基準(zhǔn)溫度時(shí)任務(wù)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〕與晶體元件一同決議負(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、晶片外形有關(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)；

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)電感〔L1〕等效電路中動(dòng)態(tài)臂里的電感。動(dòng)態(tài)電感與動(dòng)態(tài)電容是一對(duì)相關(guān)量，它的常用公式為：L1=1/(2πF0〕2C1(mh)串聯(lián)諧振頻率〔Fr〕晶體元件電氣阻抗為電阻性的兩個(gè)頻率中較低的一個(gè)。

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。質(zhì)量因數(shù)〔Q〕質(zhì)量因數(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(huì)導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定。反之Q值越高，頻率越穩(wěn)定。相對(duì)負(fù)載頻率偏置〔DL〕晶體負(fù)載諧振頻率相對(duì)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(duì)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鼓勵(lì)電平相關(guān)性〔DLD〕由于壓電效應(yīng)，鼓勵(lì)電平強(qiáng)迫諧振子產(chǎn)活力械振蕩，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)部和外部的摩擦所呵斥的。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)部或其外表及安裝點(diǎn)的拉伸或應(yīng)變、位移或加速度到達(dá)臨界時(shí)，摩擦損耗將添加。因此引起頻率和電阻的變化。加工過程中呵斥DLD不良的主要緣由——諧振子外表存在微粒污染。主要產(chǎn)生緣由為消費(fèi)環(huán)境不干凈或非法接觸晶片外表；——諧振子的機(jī)械損傷。主要產(chǎn)生緣由為研磨過程中產(chǎn)生的劃痕?！姌O中存在微?；蜚y球。主要產(chǎn)生緣由為真空室不干凈和鍍膜速率不適宜?！b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。寄生呼應(yīng)一切晶體元件除了主呼應(yīng)〔需求的頻率〕之外，還有其它的頻率呼應(yīng)。減弱寄生呼應(yīng)的方法是改動(dòng)晶片的幾何尺寸、電極，以及晶片加工工藝，但是同時(shí)會(huì)改動(dòng)晶體的動(dòng)、靜態(tài)參數(shù)。寄生呼應(yīng)的丈量⑴SPDB用DB表示Fr的幅度與最大寄生幅度的差值；⑵SPUR在最大寄生處的電阻；⑶SPFR最小電阻寄生與諧振頻率的間隔，用Hz或ppm表示。加工難度大的目的調(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。晶體丈量設(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〕加公用軟件。測試功能強(qiáng),幾乎一切的晶體參數(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、運(yùn)用面廣。美國S&A公司測試設(shè)備250A350A350B250B香港科研公司測試設(shè)備KH1200KH1102KH3020KH3288石英晶體運(yùn)用過程中應(yīng)留意的問題防止對(duì)晶體破壞石英晶體的心臟部件為石英晶片，它隨晶體頻率的添加而變薄，因此對(duì)于中、高頻晶體在運(yùn)用、運(yùn)輸過程中應(yīng)防止發(fā)生猛烈沖擊和碰撞。以防因晶片破裂而呵斥產(chǎn)品失效。石英晶體是靠導(dǎo)電膠銜接基座和晶片的。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(huì)失效。因此建議石英晶體應(yīng)防止在150℃以上長時(shí)間存放。規(guī)定任務(wù)溫度范圍及頻率允許偏向工程師能夠只規(guī)定室溫下的頻差。對(duì)于在整個(gè)任務(wù)溫度范圍內(nèi)要求給定頻差的運(yùn)用，還應(yīng)該規(guī)定整個(gè)任務(wù)溫度范圍的頻差，規(guī)定這種頻差時(shí)，應(yīng)該思索設(shè)備引起溫升的容限。規(guī)定整個(gè)任務(wù)范圍內(nèi)頻差的根本方法有兩種：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，這種方法普通用于具有較寬頻碴而不采用頻率微調(diào)的場所。⑵規(guī)定以下部分的頻差：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(duì)于基準(zhǔn)溫度實(shí)踐頻率的偏向±20ppm；這種方法普通用于具有較嚴(yán)頻差的，要靠頻率牽引來消除基準(zhǔn)溫度下頻差的場所。負(fù)載電容和頻率牽引在許多運(yùn)用中，都是用一負(fù)載電抗元件來牽引晶體頻率的。這對(duì)于調(diào)整制造公差、在鎖相環(huán)回路中以及調(diào)頻運(yùn)用中能夠是必要的。在絕大多數(shù)運(yùn)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(duì)頻率成為“負(fù)載諧振頻率偏置〔DL〕〞。用下式計(jì)算相對(duì)負(fù)載諧振頻率偏移：DL=(FL-Fr)/Fr≈C1/2〔C0＋CL〕在許多運(yùn)用中，用可變電容器作為負(fù)載電抗元件來調(diào)理頻率。這個(gè)負(fù)載電抗元件規(guī)定值之間所得到的相對(duì)頻率范圍成為“相對(duì)牽引范圍〞，它可用下式計(jì)算：D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│在規(guī)定負(fù)載電容下的牽引靈敏度〔TS〕是一個(gè)對(duì)設(shè)計(jì)師非常有用的參數(shù)。它定義為負(fù)載電容增量變化引起的相對(duì)頻率增量變化。它通常以ppm/pF表示,可經(jīng)過下式計(jì)算：TS≈-C1/2〔C0+CL〕運(yùn)用電路中對(duì)晶體負(fù)載電容的估算在實(shí)踐運(yùn)用中，晶體負(fù)載電容與電路中負(fù)載電抗的匹配非常重要。如晶體負(fù)載電容與電路負(fù)載電抗不相匹配，要得到準(zhǔn)確的輸出頻率是很困難的，除非電路中存在一個(gè)變?nèi)萘亢艽蟮目烧{(diào)電容器。在設(shè)計(jì)時(shí)，粗略估算晶體負(fù)載電容是必要的。如下圖：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。資料引見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晶體振蕩器定義

Package石英振蕩器〔SPXO〕不施以溫度控制及溫度補(bǔ)償?shù)氖⒄袷幤鳌ｎl率溫度特性依托石英振蕩晶體本身的穩(wěn)定性。溫度補(bǔ)償石英振蕩器〔TCXO〕附加溫度補(bǔ)償回路，減少其頻率因周圍溫度變動(dòng)而變化之石英振蕩器。電壓控制石英振蕩器〔VCXO〕

控制外來的電壓，使輸出頻率可以變化或調(diào)變的石英振蕩器。恒溫槽式石英振蕩器〔OCXO〕

以恒溫槽堅(jiān)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堅(jiān)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)的運(yùn)用，其他功能的多元化石英振蕩器也快速添加時(shí)鐘振蕩器

〔CLOCKOSCILLATORS〕標(biāo)稱頻率：指定的頻率中心值。頻率偏向：全溫度范圍內(nèi)頻率偏移量。溫度范圍：器件閱歷的環(huán)境溫度。輸入電壓：任務(wù)電壓。輸入電流：任務(wù)電流。起振時(shí)間:指從加電開場計(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任務(wù)溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-20PPM-40--85℃≥+/-25PPM起振時(shí)間：5mSMAX

任務(wù)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任務(wù)溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-10PPM-20--70℃≥+/-20PPM任務(wù)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任務(wù)溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-20PPM任務(wù)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任務(wù)溫度范圍與總頻差：0--70℃≥+/-20PPM任務(wù)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)〕密封實(shí)驗(yàn)B實(shí)驗(yàn)設(shè)備：氦質(zhì)譜儀實(shí)驗(yàn)方法：氦氣加壓0.5Mpa，120分鐘斷定規(guī)范：漏率應(yīng)小于110－９Pa*m３/sec自在跌落實(shí)驗(yàn)設(shè)備：跌落實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)方法：高度75cm，30mm厚硬木板，跌落3次。斷定規(guī)范：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)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:電磁振動(dòng)臺(tái)實(shí)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。斷定規(guī)范：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)度實(shí)驗(yàn)設(shè)備：自制夾具，拉力計(jì)。實(shí)驗(yàn)方法：按GB/T12273-1996及以下規(guī)定進(jìn)展實(shí)驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)：拉力0.5kg，彎曲力0.25kg。斷定規(guī)范：無引線松動(dòng)及玻璃珠破裂,引線無斷裂及明顯傷痕?？珊感詫?shí)驗(yàn)設(shè)備：可焊性實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)驗(yàn)方