無源晶振電子參數(shù)詳解

1、標(biāo)稱頻率

指晶體元件規(guī)范中所指定的頻率，也即用戶在電路設(shè)計和元件選購時所希望的理想工作頻率。

2、調(diào)整頻差

基準(zhǔn)溫度時，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。

3、溫度頻差

在整個溫度范圍內(nèi)工作頻率相對于基準(zhǔn)溫度時工作頻率的允許偏離。常用ppm(1/106)表示。

4、老化率

指在規(guī)定條件下，由于時間所引起的頻率漂移。這一指標(biāo)對精密晶體是必要的，但它“沒有明確的試驗條件，而是由制造商通過對所有產(chǎn)品有計劃抽驗進(jìn)行連續(xù)監(jiān)督的，某些晶體元件可能比規(guī)定的水平要差，這是允許的”(根據(jù)IEC的公告)。老化問題的最好解決方法只能靠制造商和用戶之間的密切協(xié)商。

5、諧振電阻(Rr)

指晶體元件在諧振頻率處的等效電阻，當(dāng)不考慮C0的作用，也近似等于所謂晶體的動態(tài)電阻R1或稱等效串聯(lián)電阻(ESR)。這個參數(shù)控制著晶體元件的品質(zhì)因數(shù)，還決定所應(yīng)用電路中的晶體振蕩電平，因而影響晶體的穩(wěn)定性以致是否可以理想的起振。所以它是晶體元件的一個重要指標(biāo)參數(shù)。一般的，對于一給定頻率，選用的晶體盒越小，ESR的平均值可能就越高;絕大多數(shù)情況，在制造過程中并不能預(yù)計具體某個晶體元件的電阻值，而只能保證電阻將低于規(guī)范中所給的最大值。

6、負(fù)載諧振電阻(RL)

指晶體元件與規(guī)定外部電容相串聯(lián)，在負(fù)載諧振頻率FL時的電阻。對一給定晶體元體，其負(fù)載諧振電阻值取決于和該元件一起工作的負(fù)載電容值，串上負(fù)載電容后的諧振電阻，總是大于晶體元件本身的諧振電阻。

7、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。晶體元件規(guī)范中的CL是一個測試條件也是一個使用條件，這個值可在用戶具體使用時根據(jù)情況作適當(dāng)調(diào)整，來微調(diào)FL的實際工作頻率(也即晶體的制造公差可調(diào)整)。但它有一個合適值，否則會給振蕩電路帶來惡化，其值通常采用10pF、15pF 、20pF、30pF、50pF、∝等，其中當(dāng)CL標(biāo)為∝時表示其應(yīng)用在串聯(lián)諧振型電路中，不要再加負(fù)載電容，并且工作頻率就是晶體的(串聯(lián))諧振頻率Fr。用戶應(yīng)當(dāng)注意，對于某些晶體(包括不封裝的振子應(yīng)用)，在某一生產(chǎn)規(guī)范既定的負(fù)載電容下(特別是小負(fù)載電容時)，±0.5pF的電路實際電容的偏差就能產(chǎn)生±10×10-6的頻率誤差。因此，負(fù)載電容是一個非常重要的訂貨規(guī)范指標(biāo)。

8、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。

9、動態(tài)電容(C1)

等效電路中動態(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)。

10、動態(tài)電感(L1)

等效電路中動態(tài)臂里的電感。動態(tài)電感與動態(tài)電容是一對相關(guān)量。

11、諧振頻率(Fr)

指在規(guī)定條件下，晶體元件電氣阻抗為電阻性的兩個頻率中較低的一個頻率。根據(jù)等效電路，當(dāng)不考慮C0的作用，Fr由C1和L1決定，近似等于所謂串聯(lián)(支路)諧振頻率(Fs)。這一頻率是晶體的自然諧振頻率，它在高穩(wěn)晶振的設(shè)計中，是作為使晶振穩(wěn)定工作于標(biāo)稱頻率、確定頻率調(diào)整范圍、設(shè)置頻率微調(diào)裝置等要求時的設(shè)計參數(shù)。

12、負(fù)載諧振頻率(FL)

指在規(guī)定條件下，晶體元件與一負(fù)載電容串聯(lián)或并聯(lián)，其組合阻抗呈現(xiàn)為電阻性時兩個頻率中的一個頻率。在串聯(lián)負(fù)載電容時，FL是兩個頻率中較低的那個頻率;在并聯(lián)負(fù)載電容時，FL則是其中較高的那個頻率。對于某一給定的負(fù)載電容值(CL)，就實際效果，這兩個頻率是相同的;而且

這一頻率是晶體的絕大多數(shù)應(yīng)用時，在電路中所表現(xiàn)的實際頻率，也是制造廠商為滿足用戶對產(chǎn)品符合標(biāo)稱頻率要求的測試指標(biāo)參數(shù)。

13、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/R1=1/wR1C1

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。

14、激勵電平(Level of drive)

是一種用耗散功率表示的，施加于晶體元件的激勵條件的量度。所有晶體元件的頻率和電阻都在一定程度上隨激勵電平的變化而變化，這稱為激勵電平相關(guān)性(DLD)，因此訂貨規(guī)范中的激勵電平須是晶體實際應(yīng)用電路中的激勵電平。正因為晶體元件固有的激勵電平相關(guān)性的特性，用戶在振蕩電路設(shè)計和晶體使用時，必須注意和保證不出現(xiàn)激勵電平過低而起振不良或過度激勵頻率異常的現(xiàn)象。

15、激勵電平相關(guān)性(DLD)

由于壓電效應(yīng)，激勵電平強(qiáng)迫諧振子產(chǎn)生機(jī)械振蕩，在這個過程中，加速度功轉(zhuǎn)化為動能和彈性能，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。

摩擦損耗與振動質(zhì)點的速度有關(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的拉伸或應(yīng)變、位移或加速度達(dá)到臨界時，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不良的主要原因如下，其結(jié)果可能是不能起振：

1) 諧振子表面存在微粒污染。主要產(chǎn)生原因為生產(chǎn)環(huán)境不潔凈或非法接觸晶片表面;

2) 諧振子的機(jī)械損傷。主要產(chǎn)生原因為研磨過程中產(chǎn)生的劃痕。

3) 電極中存在微粒或銀球。主要產(chǎn)生原因為真空室不潔凈和鍍膜速率不合適。

4) 裝架是電極接觸不良;

5) 支架、電極和石英片之間存在機(jī)械應(yīng)力。

16、DLD2(單位：歐姆)

不同激勵電平下的負(fù)載諧振電阻的最大值與最小值之間的差值。(如：從0.1uw~200uw,總共20步)。

17、RLD2(單位：歐姆)

不同激勵電平下的負(fù)載諧振電阻的平均值<與諧振電阻Rr的值比較接近，但要大一些>。(如：從0.1uw~200uw,總共20步)。

18、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，但是同時會改變晶體的動、靜態(tài)參數(shù)。

寄生響應(yīng)的測量

1) SPDB 用DB表示Fr的幅度與最大寄生幅度的差值;

2) SPUR 在最大寄生處的電阻;

3) SPFR 最小電阻寄生與諧振頻率的距離，用Hz或ppm表示。