石英晶体

•石英材料（水晶）简介1.人造水晶图2.石英晶片3.石英晶片的切割方位和振动形态4.AT切的切割角度的指示5.AT、BT切厚度切变振动石英晶片的切割方位（角度）及切型特性6.石英晶片的温度特性•石英晶振简介1.石英晶体谐振器的等效回路图和起振回路图2.关于晶振匹配问题3.关于晶振负性阻抗4.石英晶体谐振器主要电参数•石英材料（水晶）简介•石英产品主要是利用石英材料（水晶）的压电效应制成的电子原件和器件，压电效应是一种机电能量互换的现象，压电效应分为正压电效应和逆压电效应，正压电效应是以机械应力及应变（形变）作用而使物体产生电荷或电压输出。逆压电效应是以电能输入使之产生机械能或位移（形变）的输出。如果把交变电压施加到石英芯片两个电极之间，当交变电压的频率与石英芯片固有频率一致时，通过逆压电效应，芯片便产生机械振动，同时又通过正压电效应而输出电信号。石英材料的压电效应是有方向性的，只有在电轴方向才具有压电效应。石英有天然石英和人造石英。天然石英和人造石英均为多面体形状。目前电子元器件使用的主要是人造石英材料。主要成分为SiO2。•石英晶体为单晶体，高度对称呈凸多面体形，晶面共有30个，分成5组，M面（柱面），R面（大棱面）,R面（小棱面）,S面（三方双锥面），X面三方偏方面）•石英晶体为透明体；热膨胀系数小；良好的绝缘材料；密度：2.65g/cm3，硬度：莫氏7度•产品主要有石英晶体谐振器、石英晶体振荡器。•产品主要特点有：高稳定性（年老化率小于+/-5PPM）、高Q（品质因数）值、低功耗、小体积、易于使用。•产品主要应用于通讯、电脑、导航、航空航天、家用电器等领域。一般石英晶体谐振器的频率可从数百赫兹至几百兆赫兹。人造水晶图石英晶片•石英晶片主要有方片、圆片、条片。•石英晶片有平片、凸片（导边片）。低频片一般要导边(修边)，主要是降低电阻（ESR）。非抛光片、抛光片（一般80.000MHz以上进行抛光,降低晶片电阻）•石英晶片的加工工序主要有：切割、研磨、腐蚀、清洗。•用不同角度对石英水晶棒进行切割，可获得不同特性之石英晶片，通常我们把石英晶片对水晶棒坐标轴某种方位（角度）的切割称为石英晶片的切型。不同切型的石英晶片，因其弹性性质，压电性质，温度性质不同，其电特性也各异，目前主要使用的有AT切、BT切。其它切型还有CT、DT、GT、NT等（如下图）。石英晶片的切割方位和振动形态AT切的切割角度的指示AT、BT切厚度切变振动石英晶片的切割方位（角度）及切型特性石英晶片的温度特性石英晶振简介•石英晶振的分类：根据晶振里面有无带电源分为有源晶振，无源晶振。•有源晶振（oscillator），可以利用石英晶振电路里面的石英晶体、晶体管、阻容元件等直接产生振动信号，行业称为自激现象，如：低电压振荡器spxo，压控振荡器vcxo，压控振荡器vcxo，温补振荡器tcxo，恒温振荡器ocxo。•无源晶振（crystal），自身是无法振荡起来产生振荡信号的，需要借助时钟电路才能完成，属于他激现象。•我们现在生产的都是无源晶振（石英晶体谐振器），型号有：49S,49SMD,3225,2520,TF308,TF206,3215,M6,M8等….石英晶体谐振器的等效回路图和起振回路图•等效参数C0:以晶片为介质，由两个电极形成的电容，称为静电容C1:反应了起振体的弹性，随频率变化，称为动态电容L1:反应了起振体的质量，随频率变化，称为动态电感R1:反应了起振体的损耗，随频率变化，称为动态电阻CL:晶振的负载电容等效回路图起振回路图关于晶振匹配•关于晶振匹配问题,如果晶振的负载电容（CL）比较高,匹配电容小,IC出来的信号经过电容时损耗过大,晶振起振功率减弱,会不满足起振要求,加大电容后,信号损耗小了,晶振起振功率增强,满足起振条件,就可以正常工作.•晶振匹配的计算公式:CL=[(Cg*Cd)/(Cg+Cd)]+CsCs:杂散电容(1.5~5pF)•如：客户线路上使用晶振为26M20pf，Cd和Cg使用20pf，板子线路杂散电容约等于3.5pf，请问晶振在线路中是否匹配？如果不匹配Cd和Cg建议使用多少电容？关于晶振负性阻抗（|–R|）•如下图在电路中串联可调电阻R，不断增大R直到晶振停止振荡。•震荡电路应遵循规则|–R|5*ESR（最大值），晶振可以稳定的工作。石英晶体谐振器主要电参数一Fr：串联谐振频率。单位：MHz、KHz、Hz。1MHz=1000KHz=1000000HzFL：负载谐振频率。单位：MHz、KHz、Hz负载电容由使用的电路决定，客户下单时应指明负载电容Ct=CL+C0+CsCL：负载电容、Cs：杂散电容（治具或电路中存在）RR（ESR）：动态电阻。单位：欧姆Ω（串联谐振时的电阻，客户下单时的主要指标）CIL（RL）：负载谐振频率电阻。单位：欧姆Ω（一般不做要求CIL=RR（1+C0/CL）2）C0：静电容。单位：pF（皮法）49S、49U要求C0＜7p、SMDX’TALC0＜4pF。C0=(0.402×Ae)/t+kAe：电极面积、t：晶片厚度、k：补偿系数（0.3-0.8）C1：动态电容。单位fF。1（F）=10-6（μF）=10-9（nF）=10-12（pF）=10-15（fF）C1=C1=1/(4π2FL2L1)石英晶体谐振器主要电参数二CL：负载电容（一般由客户提供），***在测试时表示产品0PPM时的负载电容。对一只产品而言，CL变大，频率会低，CL变小，频率会高。在客户要求某一负载电容的谐振器时也可用附近负载电容的谐振器进行代替，但此时必须满足客户精度的要求。在制作振荡器时（OSC）CL=Cg*Cd/（Cg+Cd）+C0+Cs（Cg、Cd在IC规格中会有说明）L1：动态电感。单位mH（毫亨）。L1=(2.013×n3)/(Ae×f03)TS：牵引量（单位电容变化频率变化量）单位PPM/pF。1PPM=10-6TS=1000*C1/2*（C0+CL）2电极增加，TS增加。电极减小，TS减小。负载（CL）大，TS大。负载（CL）小，TS小。Q：品质因数Q=IR：绝缘电阻（Vcc=100VDCIR大于500MΩ）