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      串聯諧振和并聯諧振
      以下是典型的串聯和并聯諧振電路

      石英(SiO2)由硅和氧兩種元素組成。
      切割角度和振動模式
      根據不同用途,將石英晶棒按照特定的晶向切割成晶片,即可制成石英晶體。其振動切型、頻率變化及其特性如圖所示:

      標稱頻率
      該頻率特指晶體元器件的性能指標,表示為MHz或KHz。
      頻率偏差
      標稱頻率在一定溫度(一般是25℃)下的允許偏差,表示為百分數(%)或百萬分之幾(ppm)。
      頻率穩定性
      穩定性是指標稱頻率在一定溫度范圍內的允許偏差,規定在25℃下,此項偏差為0,以標稱頻率的百分數(%)或百萬分之幾(ppm)來表示。如前所述,這個參數與石英晶片的切角密切相關。
      頻率溫度特性:
      AT切厚度切石英晶體隨切角變化的頻率溫度特性曲線。由于AT切頻率溫度特性等效于三次方程,因此在較寬的溫度范圍內有較好的頻率穩定性。

      工作溫度范圍
      石英晶體元器件在規定的誤差內工作的溫度范圍。
      儲存溫度范圍
      晶體在非工作狀態下保持標準特性的溫度范圍。

      等效電路
      一個產生主諧振頻率的石英晶體可以表達為一個等效電路--- 一般包括一個由電感、電容和電阻組成的串聯電路和一個與這個串聯電路并聯的電容,如圖所示。
      在這里,C0為是靜態電容,包括電極間的靜態電容和端子間的雜散電容。
      將石英晶體元器件視為一個電子和機械的振動系統時,L1和C1 就是它的等效常數。由于這兩個常數取決于切型、切角、晶片尺寸和電極結構等因素,并且可以反復調整,故而石英晶體元器件的精度可以做得很高。
      R1表示振蕩損耗,受切割方式、裝聯方式、晶片形狀和晶片尺寸的控制。

      負載電容(CL)
      任何外部電容一旦與石英晶體元器件串聯,即會成為其諧振頻率一個決定因素。負載電容變化時,頻率也會隨之改變。因此,在電路中使用時,經常會以標準負載電容來微調頻率至期望值。

      靜態電容(C0)
      電極之間的靜態電容和安裝系統中的雜散電容。
      等效串聯電阻(ESR,Rr,R1)
      晶體在諧振頻率下的電阻值,ESR表示晶體的阻抗,單位為歐姆。
      激勵電平
      流過晶體的激勵電流的一項功能。激勵電平是晶體中功率損耗的數值。最大功率是大多數功率器件在保證正常電氣參數的情況下,維持工作所消耗的功率,單位為mW或uW。激勵電平應維持在確保石英晶體正常起振和穩定振蕩所需要的最低值,以避免年老化特性不良和晶體損傷。
      泛音晶體
      晶體通常在基頻下工作,但對電路做輕微調整后,即可在第三、第五、第七、第九倍頻下工作。為了保證泛音晶體在特定的倍頻下振動,其切型角度、平行度和表面光潔度經過了特殊修正。
      絕緣電阻
      引線之間或引線和殼體之間的電阻。
      品質因素
      “Q”值是晶體等效電路中動態臂諧振時的品質因素。振蕩電路所能獲得的最大穩定性直接與電路中晶體的Q值相關。Q值越高,晶體帶寬(“F”)越小,電抗值(fs-fa)變化越陡,外部電抗對晶體的影響越小。

      CL=(C1×C2)/(C1+C2)+雜散電容 雜散電容可以在2pF-6pF之間變化
      注意
      當應用于CMOS振蕩電路時,為了將激勵電平保持在特定的數值范圍內,獲得穩定的振蕩,電路圖中的Rd是必不可少的。
      C1和C2必須在10-31pF范圍內,如果C1 小于10pF或C2大于30pF,則振蕩很容易受到電路不同狀況的影響,會使激勵電平增加或負電阻減少,導致了振蕩頻率不穩定。
      晶體振蕩電路布線時,應盡可能短一些。
      電路和接地部分之間的雜散電容應當減小。
      晶體振蕩電路部分與其它電路部分要避免橋接。
      超聲波清洗會使晶體性能退化

      寄生
      所有石英諧振器均有寄生(在主頻率之外的不期望出現的)振蕩響應。他們在等效電路圖中表現為附加的以R1、L1、C1形成的響應回路。寄生響應的阻抗RNW與主諧振波的阻抗Rr的比例通常以衰減常數dB來表示,并被定義為寄生衰減
      aNW=-20 · lg
      對于振蕩用晶體,3至6dB是完全足夠的.對于濾波用晶體,通常的要求是超過40dB.這一規格要求只有通過特殊設計工藝并使用數值非常小的動態電容方能達到.可達到的衰減隨著頻率的上升和泛音次數的增加而減小.通常的平面石英晶片諧振器比平凸或雙面凸晶片諧振器的寄生衰減要良好.在確定寄生響應參數時,應同時確定一個可接受的寄生衰減水平以及寄生頻率與主振頻率的相對關系。
      在AT切型中,對于平面晶片,"不和諧的響應"只存在于主響應的+40至+150KHZ之間,對于平凸或雙面凸的晶片,寄生則在+200至+400KHZ之間.在以上的測量方法中,寄生響應衰減至20至30dB時是可以測量的,對于再高一些的衰減.C0的補償是必需的。

      激勵功率依賴性
      石英振蕩器的機械振動的振幅會隨著電流的振幅成正比例地上升. 功率與響應阻抗的關系為Pc=12qR1,高激勵功率會導致共振的破壞或蒸鍍電極的蒸發,最高允許的功率不應超過10mV.
      由于L1和C1電抗性的功率振蕩,存在Qc=Q x Pc.若Pc=1mV, Q=100.000, Qc則相當于100W. 由于低的Pc功率會導致振蕩幅度的超過,最終導致晶體的頻率上移.
      隨著晶體泛音次數的增加, 對于激勵功率的依賴性更加顯著.上圖顯示了典型的結果, 但是精確的預期結果還是要受到包括晶體設計和加工,機械性晶片參數,電極大小,點膠情況等的影響.
      可以看出, 激勵功率必須被謹慎地確定,以使晶體在生產中和使用中保持良好的關系.
      當今,一個半導體振蕩回路的激勵功率一般為0.1mV,故在生產晶體時也一般按0.1mV進行.
      一個品質良好的晶體可以容易地起振,其頻率在自1nW逐步增加時均能保持穩定.現在, 晶體兩端的功率很低的半導體回路也可以在很低的功率的情況下工作良好.

      上圖顯示了一個對激勵功率有或無依賴性的晶體的工作曲線的比較.
      晶體存在蒸鍍電極不良,晶片表面潔凈度不足, 都會存在如圖所示的在低功率時出現高阻抗的情況, 這一影響稱為激勵功率依賴性(DLD). 通常生產中測試DLD是用1~10mV測試后再用1mV測試, 發生的阻抗變化可作為測試的標準. 很顯然, 在增加測試內容會相當大的提高晶體生產的成本.
      利用適當的測試儀器可以很快地進行DLD極限值的測定,但是只能進行合格/不合格的測試.IEC草案248覆蓋了根據(DIV)IEC444-6制定的激勵功率的依賴性的測量方法.
      提供具有充分的反饋和良好脈沖的最優化的振蕩回路,可以極大的消除振蕩的內部問題.

      老化
      工作頻率在特定時間范圍內的變化量,一般表達為最大值,單位是每年頻率變化量的百萬分之幾(ppm/年)。頻率隨時間而變化的原因有很多,如:密封特性和完整性、制造工藝、材料類型、工作溫度和頻率。

      定義
      fS = (Series) frequency 
      C0 = Static Capacitance in farads
      CL = Load capacitance
      C1 = Motional capacitance in farads
      Co = Shunt capacitance 
      CL = Load capacitance in farads
      C1 = Motional capacitance
      f = Nominal frequency in Hz
      L1 = Motional inductance
      fL = Anti-resonant frequency in Hz
      R1 = Series resistance
      fS = Series resonant frequency in Hz
      Q = Quality factor
      L = Inductance into Henrys
      fL - fS = f
      PL = Pullability (ppm/pF)
      PL = Pullability
      Q = Quality factor
      R1 = Series resistance in ohms

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