石英晶体的设计应用

石英晶体的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 应用2 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 目录………………………………..……………………….前言：石英晶体的电子应用范围石英晶体谐振器石英晶体振荡器产品选型电路设计注意事项石英晶体的电子应用范围谐振器与钟振器的应用范围十分广泛，由低端的玩具产品至高端的卫星通讯都会使用谐振器和钟振器产品的基本应用是提供准确的时基，要产生时基电源是不可缺的，所以像厨房用的机械式定时器是没有使用石英器件的目前我司的石英晶体产品主要分为两类：石英晶体谐振器和石英晶体振荡器（又叫做钟振器），前者行业中一般简称晶体，所谓晶振一般指振荡器3军事&航空宇宙通讯航海IFF雷达传感器导航系统Fuzes电子声纳浮标研究&度量衡原子钟器械天文学&测地学空间跟踪天体导航行业通讯无线电通讯移动/无线电讯/手提式无线电通信,电话&呼机航空航海导航器械元件数码系统CRT显示器磁盘驱动器调制解调器跟踪/标识应用程序传感器消费者手 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf &钟表（细胞式）无线电通讯&无线电话，呼机无线电通信&hi-fi设备彩色电视有线电视系统家用电脑VCR&摄像机CB&业余无线电通信玩具&游戏起博器其他医用设备汽车（自动系统）发动机控制，立体声系统钟表旅行电脑，GPS4石英晶体的电子应用范围1880Jacques和PierreCurie发现压电作用1905G.Spezia第一次在实验室用高温高热方法制作出石英1917第一次在声纳定位仪应用压电作用中1918第一次在一个振荡器中使用石英压电晶体1926第一次用石英晶体控制广播台1927第一次发现温度补偿石英切割1927第一次制作石英晶体钟表1934第一次开发实践中的温度补偿切割，AT－切割1949开发轮廓，高Q值，高稳定性的AT切割1956第一次在商业中人工合成石英1956第一次制成TCXO1972开发微型石英音叉；制成石英表1974预测SC－切割(和TS/TTC-切割)；1976进行验证1982第一次制成带双头c－模式自动－温度感应的MCXO石英技术发展的里程碑51-1第1节石英晶体谐振器1-2石英是已知的唯一满足以下条件的化合物：压电(“压力-电子”;piezein=希腊语，压力)有零温度系数有压力补偿低损失(即，高Q值)容易加工，理化性质稳定；在“常规”条件下，除遇氟化物和高温的碱性蚀环刻性以外，在境中有低溶解性，坚硬但是不易碎。在自然界资源丰富，增长数量大，成本低，并且拥有相应的高纯度和完美的特性。对于普通生长的晶体，石英，每年大约~3,000吨，是除硅以外数量增长第二多的物质。（1997年，大约是Si每年增加的3到4倍）为什么选择石英?1-3压电作用在一个压电晶体的机械部分与一个电子电路之间提供一个接合连接。无变形结构X+++++++++++++++++++++____________________变形结构+++++++++++++++++++++____________________X-+YY__压电作用图解1-4弯曲模式外部模式面切变模式厚度切变模式基频厚度切变模式第三泛音厚度切变振动模式1-5xxlyzAT,FC,IT,SC,BT,和SBTC-切割是零温度系数下的切割。LC是“线性系数”切割已经应用于石英温度计。Y－切割:+90ppm/0C(厚度切变模式)X－切割-20ppm/0C(外延模式)90o60o30o0-30o-60o-90o0o10o20o30oATFCITLCSCSBTCBTSinglyRotatedCutDoublyRotatedCut零温度系数石英切割rmRRRRrmYZAT-切BT-切49o35¼o-1’0’1’2’3’4’5’6’7’8’-1’0’1’2’3’4’5’6’7’8’Y-bar石英Z2520151050-5-10-15-20-25-45-40-35-30-25-20-15-10-5051015202530354045505560657075808590ff(ppm)温度(oC)=35o20’+,=0基频AT-切温度特性(AT切)1-6基座支架银胶电极石英晶片外壳封囗引线带引线产品顶视图THHF-49U的结构图1-7外壳基座基座支架绝缘子引出端晶片电极导电胶绝缘片SMHF-49S3的结构图1-8石英晶体符号CLC1L1R1C0CL石英晶体谐振器的等效电路负载电容石英晶体的等效电路1-90jX-jX电抗基本模式第3泛音第5泛音频率假响应假响应1-10假响应一个石英晶体的泛音谐振三次泛音石英晶体谐振器的等效电路C1L1R1CL三次泛音石英晶体的等效电路C3L3R3C0负载电容1-11基频与泛音典型振荡电路基频振荡电路泛音振荡电路注：C1、C2的选择因考虑晶体的负载电容注：C1、C2的选择因考虑晶体的负载电容，L1、C3的介入抑制了基频响应1-121-13n:泛音数C0:静态电容C1:动态电容C1n:C1的n-th泛音L1:动态感应系数L1n:L1的n-th泛音R1:动态电阻R1n:R1的n-th泛音:Dielectricpermittivityofquartz40x10-13pF/mm(average)A:电极区域t:镀膜厚度r:电容比r’:f1/fnfs:串联谐振频率fRfa:反谐振频率Q;品质因数1:动态持续时间:角度频率=2f:相位角度阻抗k;压电耦合因数=8.8%forAT-cut,4.99%forSC等效电路参数关系1-140+-电抗一个振荡器通常工作区域反谐振频率fa频率谐振频率fr谐振器电抗和频率1-15Q值与衰减时间成正比，与谐振器线宽成反比（见下页）Q值越高，谐振器频率稳定性和精确性越高。(即，高的Q值时必要不充分条件）。假设，Q=106，10-10精确性要求有确定谐振曲线为0.01%带宽的能力，（在平均时间）10-12的稳定性要求在谐振顶峰的谐振曲线为10-6带宽。靠近传送者的相位噪声对于Q值有很强的依赖型。(L(f)1/Q4).Q值的重要性石英晶体谐振器的基本参数石英晶体谐振器的基本参数包括：需要由需求方提出的基本要求：标称频率：F负载电容：CL其它要求：工作温度范围、C0/C1等2.需要由供应商测试控制的参数：频率精度：一般并联谐振电路用FL（ppm）等效电阻：Rr(ohms)静态电容：C0(pF)动态电容：C1(fF)等效电感：L(mH)品质因数：Q(k)牵引能力：TS(ppm/pF)驱动功率依赖性：DLD频率温度特性：TC(Relativeto25C)1-16檢漏組裝調頻蒸鍍封裝烘烤清洗/檢測付蝕成形角度修正/粘板X光定位研磨切割OQA付運谐振器的生产流程具体的生产流程比较复杂，如有兴趣，可参考我司QC 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 图X光檢測/修正清洗溫度循環/預老化性能檢測1-172-1第2节石英晶体振荡器调频电压石英晶体放大器输出频率石英晶体振荡器基本电路2-2有源元件与被动元件谐振器与钟振器的最大区别是，前者是被动元件，後者是有源元件。谐振器是被动元件，产品本身并无讯号输出，只能在特定的条件下协助振荡电路将频率锁定，稳定性容易受外部元件影响。钟振器是有源元件，特点是输出端能直接提供驱动讯号，频率的稳定性不容易受外接元件影响。2-3钟振器对比谐振器的优缺点优点直接输出讯号，不易受外部元件影响频率精度精度比谐振器高，OCXO能达5x10E-10使用放便，最终频率的精度由供应商控制，，可减省调频工序所花的费用客户开发时能节省振荡电路的开发成本、时间，可更快地掌握商机缺点成本高普通钟振的占用面积/体积大同系列产品的高度比谐振器高，不利於有高度限制的使用条件使用的灵活性比谐振器低2-4温度传感器补偿网络或计算器水晶振荡器温度补偿水晶振荡器(TCXO)-450C+1ppm-1ppm+1000CT温箱控制水晶振荡器温度传感器温箱温控水晶振荡器(OCXO)-450C+1x10-8-1x10-8+1000CT调频电压输出水晶振荡器(XO)-450C-10ppm+10ppm250CT+1000C钟振器分类2-52-6TCXO补偿频率变容二极管补偿电压CL频率/电压未补偿频率T晶体振荡器频率和温度补偿3-1第3节产品选型产品选用的基本原则开发时间应用目的一般情况多以电气性能进行描述应用时的外部环境一般情况多以机械性能和产品温度特性进行描述对产品的期望值来料检验标准、产品可靠性、特殊要求。3-2电气特性中心频率负载电容振荡模式/切型频率误差阻抗特性温度特性特殊特性–牵引、CO/C1比、Q值、相位噪声3-3机械特性外型尺寸–高度限制/焊盘尺寸/引线长短抗振能力抗冲击能力耐湿耐热外观3-44-1第4节电路设计的注意事项负载电容(CL)的选定谐振器一如常见的电阻、电容是被动组件，其振荡性能和频率精度均受外部条件影响。最常见的是频率偏倚，常见原因是谐振器的规格与在板等效负载电容不符。4-2负载电容(CL)的选定虽然外接电容值是固定的，但IC、三极管和PCB的分布电容会因加工工艺而做成差异。30常见的反相器振荡电路设计，其等效负载可用:CL={C1C2/(C1+C2)}+CS+CICCS:PCBA的分布电容CIC:IC的输入/输出电容4-3振荡器起振条件4-4振荡电路的负性阻抗(-R)在设计振荡器时，工作时的相位和振荡电路的负性抗阻(-R)是要注意的。当振荡达至稳定时，其相位状态是:ωLe–1/ωC1=0如上文所说，这受外部条件影响的。振荡电路的-R对振荡的起动性能和稳定性是非常重要的。要达至振荡的最低条件是:Re<=|–R|4-5振荡电路的负性阻抗(-R)这个条件会随应用频率和应用环境而改变。当振荡电路的-R越大时，振荡电路越容易起振。建议用下标准作为设计指引:设计基频振荡器|–R|>谐振器最大规格电阻的10倍设计泛音振荡器|–R|>谐振器最大规格电阻的5倍4-6振荡电路的负性阻抗(-R)在确认振荡电路的设计时，建议采用简易方法去确认振荡电路的-R的设计容差是否足够。简易检测方法方法是在谐振器一端串上固定电阻，电阻值是谐振器规格电阻的5-10倍。在串上电阻后重复测试振荡电路的起动情况。4-7振荡电路的负性阻抗(-R)4-8振荡电路的负性阻抗(-R)简易检测方法的判断标准当串上电阻后，振荡电路起振畅顺、振荡幅度合适，可将电阻去掉并放心使用。在出现以下情况时，请与应达利的技术人员联系:不起振需要较长时间才能起振振荡幅度非常微弱4-9驱动功率石英谐振器是压电器件，AT切谐振器在工作中会因应电讯号而产生微细的机械变形机械变形的幅度随驱动功率增加。若驱动功率不受制时，当机械变形大于石英 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 弹性能承受时，振子便会破裂损毁。在设计振荡电路时应控制驱动功率，特别是涉及异步通讯的应用中，尽可能将驱动功率控制在10-100uW之间。4-10