《晶振相关知识》PPT课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,晶振知识培训,石英晶体常规技术指标,标称频率,晶体元件规范所指定的频率。,调整频差,基准温度时，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常用,ppm,（,1/10,6,）表示。,温度频差,在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。常用,ppm,（,1/10,6,）表示。,谐振电阻（,Rr,）,晶体元件在串联谐振频率,Fr,时的电阻值。,负载电容（,C,L,）,与晶体元件一起决定负载谐振频率,FL,的有效外界电容,静态电容（,C0,）,等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为：,C,0,=K,C0,A,e,F,0,C,常数,K,C0,电容常数，其取值与装架形,式、晶片形状有关,;,A,e,电极面积，单位,mm,2,；,F,0,标称频率，单位,KHz,；,C,常数,常数，单位,PF;,动态电容（,C1,）,等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。它的常用公式为：,C,1,=K,C1,A,e,F,0,C,常数,K,C1,电容常数；,A,e,电极面积，单位,mm,2,;,F,0,标称频率，单位,KHz;,C,常数,常数，单位,PF;,动态电感（,L1,）,等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相关量，它的常用公式为：,L,1,=1/(2F,0,）,2,C,1,(mh),串联谐振频率（,Fr,）,晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。,负载谐振频率（,FL,）,晶体元件与一负载电容串联或并联，其组合阻抗为电阻性的两个频率中的一个频率。,品质因数（,Q,）,品质因数又称机械,Q,值，它是反映谐振器性能好坏的重要参数，它与,L1,和,C1,有如下关系,Q=wL,1,/Rr=1/wRrC,1,如上式，,R1,越大，,Q,值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率不稳定。反之,Q,值越高，频率越稳定。,相对负载频率偏置（,D,L,）,晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量,D,L,=(F,L,-F,r,)/F,r,，可由下式近似计算：,D,L,C,1,/2,（,C,0,C,L,）,相对频率牵引范围（,D,L1,L2,）,晶体在两个固定负载间的频率变化量。,D,(L1,L2),=(F,L1,-F,L2,)/F,r,=C,1,(C,L2,-C,L1,)/2(C,0,+C,L1,)(C,0,+C,L2,),牵引灵敏度（,T,S,）,晶体频率在一固定负载下的变化率。,T,S,-C,1 *,1000/2,*,（,C,0,+C,L,）,2,激励电平相关性（,DLD,）,由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。后者的转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。,摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度,达到临界时，摩擦损耗将增加。因而引起频率和电阻的变化。,加工过程中造成,DLD,不良的主要原因,谐振子表面存在微粒污染。主要产生原因为生产环境不洁净或非法接触晶片表面；,谐振子的机械损伤。主要产生原因为研磨过程中产生的划痕。,电极中存在微粒或银球。主要产生原因为真空室不洁净和镀膜速率不合适。,装架是电极接触不良；,支架、电极和石英片之间存在机械应力。,寄生响应,所有晶体元件除了主响应（需要的频率）之外，还有其它的,频率响应。减弱寄生响应的办法是改变晶片的几何尺寸、电极，以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。,寄生响应的测量,SPDB,用,DB,表示,Fr,的幅度与最大寄生幅度的差值；,SPUR,在最大寄生处的电阻；,SPFR,最小电阻寄生与谐振频率的距离，用,Hz,或,ppm,表示。,加工难度大的指标,调整频差小于,+/-5 PPM,。,温度范围宽频差窄的。,有,Q,值要求的。,49S,晶体矮壳的。,有,C0,、,C1,、,TS,的。,晶体测量设备,目前晶体测试仪组成方式多为网络分析仪（或厂家自制网络分析卡）加专用软件。,测试功能强,几乎所有的晶体参数全能测出。,目前世界晶体行业公认的设备厂商有美国,S&A,公司、香港科研公司，他们的设备准确度高、稳定性好、应用面广。,美国,S&A,公司测试设备,250A,350A,350B,250B,香港科研公司测试设备,KH1200,KH1102,KH3020,KH3288,石英晶体应用过程中应注意的问题,防止对晶体破坏,石英晶体的心脏部件为石英晶片，它随晶体频率的增加而变薄，因此对于中、高频晶体在使用、运输过程中应避免发生剧烈冲击和碰撞。以防因晶片破裂而造成产品失效。,石英晶体是靠导电胶连接基座和晶片的。导电胶的主要成分是银粉和环氧树脂。环氧树脂在高温下会失效。因此建议石英晶体应避免在,150,以上长时间存放。,规定工作温度范围及频率允许偏差,工程师可能只规定室温下的频差。对于在整个工作温度范围内要求给定频差的应用，还应该规定整个工作温度范围的频差，规定这种频差时，应该考虑设备引起温升的容限。,规定整个工作范围内频差的基本方法有两种：,规定整个温度范围内的总频差，如：,-20-70,范围总频差为,50ppm,，这种方法一般用于具有较宽频碴而不采用频率微调的场合。,规定下列部分的频差：,a.,基准温度下的频差为,20ppm,；,b.,在,-20-70,整个温度范围内，相对于基准温度实际频率的偏差,20ppm,；,这种方法一般用于具有较严频差的，要靠频率牵引来消除基准温度下频差的场合。,负载电容和频率牵引,在许多应用中，都是用一负载电抗元件来牵引晶体频率的。这对于调整制造公差、在锁相环回路中以及调频应用中可能是必要的。,在绝大多数应用中，这个负载电抗元件是容性的。,负载谐振频率（,F,L,）与谐振频率（,F,r,）的相对频率成为“负载谐振频率偏置（,D,L,）”。,用下式计算相对负载谐振频率偏移：,D,L,=(F,L,-F,r,)/F,r,C,1,/2,（,C,0,C,L,）,在许多应用中，用可变电容器作为负载电抗元件来调节频率。这个负载电抗元件规定值之间所得到的相对频率范围成为“相对牵引范围”，它可用下式计算：,D,(L1,L2),=(F,L1,-F,L2,)/F,r,=C,1,(C,L2,-C,L1,)/2(C,0,+C,L1,)(C,0,+C,L2,),在规定负载电容下的牵引灵敏度（,T,S,）是一个对设计师十分有用的参数。它定义为负载电容增量变化引起的相对频率增量变化。,它通常以,ppm/pF,表示,可通过下式计算：,T,S,-C,1,/2,（,C,0,+C,L,）,应用电路中对晶体负载电容的估算,在实际应用中，晶体负载电容与电路中负载电抗的匹配非常重要。如晶体负载电容与电路负载电抗不相匹配，要得到准确的输出频率是很困难的，除非电路中存在一个变容量很大的可调电容器。在设计时，粗略估算晶体负载电容是必要的。如图所示：,负载电容简单近似计算如下：,C,L,（,C,1,C,2,/,（,C,1,+C,2,）,+C,杂散,这里,C,杂散,指晶体元件周边电路的分布电容。资料介绍,PCB,电路板的分布电容多为,5-6pF,。,晶 体 振 荡 器,晶体振荡器定义,Package,石英振荡器（,SPXO,）,不施以温度控制及温度补偿的石英振荡器。频率温度特性依靠石英振荡晶体本身的稳定性。,温度补偿石英振荡器（,TCXO,）,附加温度补偿回路，减少其频率因周围温度变动而变化之石英振荡器。,电压控制石英振荡器（,VCXO,）控制外来的电压，使输出频率能够变化或调变的石英振荡器。,恒温槽式石英振荡器（,OCXO,）以恒温槽保持石英振荡器或石英振荡晶体在一定温度，控制其输出频率在周围温度下也能保持极小变化量之石英振荡器。,除了以上四种振荡器外，随着,PLL,、,Digital,、,Memory,技术的应用，其他功能的多元化石英振荡器也快速增加,时 钟 振 荡 器,（,CLOCK OSCILLATORS,）,标称频率：指定的频率中心值。,频率偏差：全温度范围内频率偏移量。,温度范围：器件经历的环境温度。,输入电压：工作电压。,输入电流：工作电流。,起振时间,:,指从加电开始计时到晶振振荡到标称频率（含频差）所用的时间。,上升时间(Tr):“0”电平上升到“1”电平的时间,下降时间(Tf)：“1”电平下降到“0”电平的时间,占空比(DUTY):DUTY=Th/T*100%，TYPICAL：45%-55%,输入电流（测试电路）,SMD 5x7,晶振,频率范围：,1-100M,工作温度范围与总频差：,0-70 +/-20PPM,-40-85+/-25PPM,起振时间：,5mS MAX,工作电压：,3.3V,、,5V,上升、下降时间：,10M,：,10nS MAX,10M,：,5nS MAX,DIP,型晶振（全尺寸、半尺寸）,频率范围：,1-83.3M,工作温度范围与总频差：,0-70 +/-10PPM,-20-70+/-20PPM,工作电压：,3.3V,、,5V,起振时间：,5mS MAX,上升、下降时间：,10M,：,10nS MAX,10M,：,5nS MAX,SMD 5x7 VCXO,频率范围：,1-36M,工作温度范围与总频差：,0-70 +/-20PPM,工作电压：,3.3V,压控电压：,牵引范围：,+/-100PPM,线性度：,10%MAX,起振时间：,5mS MAX,上升、下降时间：,10M,：,10nS MAX,10M,：,5nS MAX,DIP VCXO,（全尺寸）,频率范围：,1-27M,工作温度范围与总频差：,0-70+/-20PPM,工作电压：,3.3V,压控电压：,牵引范围：,+/-100PPM,线性度：,10%MAX,起振时间：,5mS MAX,上升、下降时间：,10M,：,10nS MAX,10M,：,5nS MAX,机械和气候实验（可靠性实验）,密封试验,B,试验设备：氦质谱仪,试验方法：氦气加压,0.5Mpa,，,120,分钟,判定标准：漏率应小于,1,10,Pa*m,/sec,自由跌落,试验设备：跌落试验箱,试验方法：高度,75cm,，,30mm,厚硬木板，跌落,3,次。,判定标准：频率变化值应小于,+/-5PPM,，谐振电阻变化值应小于,15%+3 Ohm,。,振动,试验设备：振动试验台,实验设备,:,电磁振动台,试验方法：频率,10-55Hz,，振幅,1.5mm,，,55-500Hz,20g,三个垂直方,向,每个方向,30,分钟。,判定标准：频率变化值应小于,+/-5PPM,，谐振电阻变化值应小于,15%+3 Ohm,。,引出端强度,试验设备：自制夹具，拉力计。,试验方法：按,GB/T12273-1996,及下列规定进行试验,严酷等级：拉力,0.5kg,，弯曲力,0.25kg,。,判定标准：无引线松动及玻璃珠破裂,引线无断裂及明显伤痕。,可焊性,试验设备：可焊性试验台,试验方法：,2355,，浸渍时间,20.5,秒，,10,倍放大镜目测。,判定标准：引线浸润良好，新锡层面积占被试面积的,95%,以上。,稳态,湿热,试验设备：湿热试验箱,试验方法：,402,、相对湿度,93(,)%,，放置,500,小时。,判定标准：频率变化值应小于,+/-5PPM,，谐振电阻变化值应小于,15%+3 Ohm,，绝缘电阻应大于,500 M,。,老化,试验设备：晶体老化试验箱,试验方法：,852,，持续,720,小时，每周测两次频率；,判定标准：频率变化值应小于,5PPM,，谐振电阻变化值应,小于,15%+3 Ohm,。,.,低温储存,试验设备：低温试验箱,试验方法：,-40,，,500,小时，每周测两次频率；,判定标准：频率变化值应小于,5PPM,，谐振电阻变化值应,小于,15%+3 Ohm,。,温度冲击,试验设备：高低温试验箱,试验方法：