智能表用石英晶體諧振器特性及應(yīng)用

石英晶體諧振器特性及應(yīng)用一.石英諧振器基礎(chǔ)知識(shí)二.石英諧振器的指標(biāo)及性能三.典型的石英晶體應(yīng)用電路四.

電路失效原因及常見故障現(xiàn)象五.石英晶體選用的注意事項(xiàng)六.使用過程中的注意事項(xiàng)2一、石英諧振器基礎(chǔ)知識(shí)石英晶體諧振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)左圖中：1---鍍金屬電極的晶片2---金屬外殼3---晶體底座HC-49UHC-49SSMD晶振結(jié)構(gòu)圖

C1——?jiǎng)討B(tài)電容Rr——串聯(lián)諧振電阻

L1——?jiǎng)討B(tài)電感C0——靜電容石英晶體的等效電路及電抗頻率特性圖

a）fC0b）C1L1Rr

c）O容性容性感性Xfpfs（a）——符號(hào)（b）——等效電路（c）——電抗-頻率特性二．主要性能指標(biāo)1、標(biāo)稱頻率：技術(shù)條件所指定的頻率，通常指產(chǎn)品上標(biāo)志的頻率。2、工作頻率：在給定電路上和規(guī)定條件下石英諧振器工作所產(chǎn)生的實(shí)際頻率。3、調(diào)整頻差：在規(guī)定條件下（25±2℃），基準(zhǔn)溫度的工作頻率相對(duì)于標(biāo)稱頻率的最大偏離值，計(jì)算公式為：△ff0max=f1－f0f04、溫度頻差：在規(guī)定條件下，某溫度范圍內(nèi)的工作頻率相對(duì)于基準(zhǔn)溫度下工作頻率的最大偏離值，計(jì)算公式為：△ff0max=f2－f1f1f2某工作溫度范圍內(nèi)的最大工作頻率f1基準(zhǔn)溫度下的工作頻率5、諧振電阻：在規(guī)定條件下，石英諧振器不串負(fù)載電容在諧振頻率時(shí)的電阻。6、激勵(lì)電平：為石英諧振器工作時(shí)消耗的有效功率，產(chǎn)品規(guī)格書中每種產(chǎn)品規(guī)定的激勵(lì)電平值是一個(gè)測(cè)試條件，也是一個(gè)使用條件，實(shí)際使用時(shí)激勵(lì)電平應(yīng)選擇合適的值。7.激勵(lì)電平依賴性（DLD):指在晶體元件諧振電阻隨激勵(lì)電平條件變化的特性。（指標(biāo)有DLD2DLD4）8、負(fù)載電容：

從石英諧振器插腳兩端向振蕩電路方向看進(jìn)去的全部有效電容為該振蕩器加給石英諧振器的負(fù)載電容。負(fù)載電容與石英諧振器一起決定振蕩器的工作頻率，通過調(diào)整負(fù)載電容，一般可以將振蕩器的工作頻率調(diào)到標(biāo)稱值。負(fù)載電容和諧振頻率之間的關(guān)系不是線性的，負(fù)載電容變小時(shí)，頻率偏差量變大；負(fù)載電容提高時(shí)，頻率偏差減小。CL△F/F10pF30pF9、動(dòng)態(tài)參數(shù)C1、L1，靜電容C0C1，L1，C0是晶體的三個(gè)特性參數(shù)，隨著晶體的日益擴(kuò)展，對(duì)C1，L1，C0也有了更多的要求，影響C1，L1，C0的因素很多，如裝架方式，鍍銀面積，返還量，滾筒倒邊留邊寬度等。C0=0.0402Ae/tC1=KcAe/tn2L1=KLt3/Ae

Kc=186*10-6PFmmKL=42H/mm10、牽引量Ts：頻率隨電容的變化量，單位為ppm/pF

應(yīng)用于調(diào)頻無線電設(shè)備，微波通信，鎖相技術(shù)中的石英晶體振蕩器,對(duì)石英晶體元器件動(dòng)態(tài)參數(shù)如C1，L1，TS,的要求。11、品質(zhì)因素Q值Q值是反映諧振器工作時(shí)克服摩擦阻尼而消耗能量的大小。Q=2πfL1/R11、年老化率：

晶體在放置一年后頻率的變化量。通常采用加速老化的方法（85℃±2℃老化30天，一周測(cè)量一次，晶體頻率變化量）測(cè)試。電阻焊年老化率＜±3～5×10-6

冷壓焊、真空玻璃密封年老化率＜±1～3×10-6三.典型的石英晶體應(yīng)用電路CgCdCRYSTALRfRdCg,cd:兩個(gè)外部電容Rf:內(nèi)部反饋電阻Rd:外部限流電阻晶體負(fù)載電容的確定：CL=C雜散+C雜散：2～5pFCg，Cd→27pF→CL=16pFCg，Cd→33pF→CL=20pFCg，Cd→47pF→CL=30pFCg*CdCg+CdCgCdCRYSTALRfRd

如果電路使用IC方式，而且IC制造各不相同，那么頻率，激勵(lì)功率，負(fù)阻抗須被確認(rèn)，負(fù)阻抗可視為放大回路增益值得大小，負(fù)阻抗偏小時(shí)起振不穩(wěn)定，OA的值應(yīng)達(dá)到諧振阻抗ESR的5～10倍。OA=RQmax+ESRSF=≥5OAESRmaxCgCdRQESR電路負(fù)阻抗的確認(rèn)基頻及泛音振蕩電路

CgCdCgCd基頻振蕩電路泛音振蕩電路CfL四.電路失效原因及常見故障現(xiàn)象失效原因分析：失效主要指電路停振,或頻率嚴(yán)重偏離，不能正常工作；失效大致可分為四類：1、整機(jī)電路設(shè)計(jì)原因造成失效：電路設(shè)計(jì)失效主要指電路設(shè)計(jì)負(fù)阻抗過低引起停振，頻率偏離目標(biāo)等，造成與晶體失配問題；2、PCB組裝制造工藝原因造成失效：組裝過程的焊接工藝造成接觸不良或局部短路、開路現(xiàn)象，以至產(chǎn)品失效；3、采購(gòu)原因造成的失效：由于晶體元器件是一個(gè)頻率控制元件，具有一定的專用性和特殊性，訂貨指標(biāo)參數(shù)的錯(cuò)誤都會(huì)造成失效;4、石英元器件本身的失效原因造成整機(jī)的失效.電路故障現(xiàn)象故障機(jī)理分析對(duì)應(yīng)措施電路頻偏晶體的負(fù)載電容與電路不匹配調(diào)整電路外加電容或確定合適晶體負(fù)載電容晶體的頻差大調(diào)整晶體常溫頻差及溫度頻差電路輸出幅度小或停振電路的負(fù)阻抗余量不夠，小于3-5倍提高電路負(fù)阻抗余量，降低或去掉限流電阻，減小外加電容或降低輸入電容，提高輸出電容晶體的電阻偏大降低晶體電阻起振時(shí)間長(zhǎng)增益余量不夠提高增益余量，降低外加電容，降低晶體電阻波形出現(xiàn)削頂削底振蕩電路過激增加限流電阻

五、石英諧振器選型及應(yīng)用注意事項(xiàng)2.建議使用負(fù)載電容在10～30pF以內(nèi)，如果CL<10pF（Cg，Cd<12pF），振蕩頻率被電路中的雜散電容輕易地影響，最終導(dǎo)致振蕩的不穩(wěn)定。3.電子線路外接電容應(yīng)與晶體的負(fù)載電容匹配。石英晶體的頻率范圍選擇及型號(hào)的確定：F:3.579MHz～30MHzHC-49SF﹤3.579MHz或F﹥30MHzHC-49U4.盡量避免晶體振蕩電路穿過其他電路。

5.為避免產(chǎn)生干擾，通常使用過程中會(huì)采用接地方式，建議選取三引線接地方式。6.電路和線路板間的雜散電容應(yīng)盡量被減少。1.注意輕拿輕放，避免高位跌落或受外力碰撞等引起的產(chǎn)品失效。2.避免外殼的劃傷摩擦等傷害，造成表面損壞或標(biāo)識(shí)不清。3.避免產(chǎn)品引線超負(fù)荷彎折和拉伸，導(dǎo)致絕緣籽的損壞破裂等。4.避免產(chǎn)品引線再?gòu)澢庸?。?石英晶體使用過程中的注意事項(xiàng)5.焊接過程應(yīng)避免焊料對(duì)產(chǎn)