晶振基础知识ppt课件(共19张PPT)
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微调工序：根据用户要求的CL,使FL－>＋－30ppm内(在电极上继续镀银，减小频率) 。
在并联共振线路中的振荡频率，有99.5％的频率决定在晶体，外部的组件约只占0.5％，所以外部组件C1、C2和布线主要在 决定于启动与可信赖程度。典型的初始误差为±1％，温度变化（-30到100度〕为±0.005％，组件老化约为±0.005％ CL: 负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。如 果负载电容太大，振荡器就会因为在工作频率的回授增益太低而不会启动，这是因为负载电容阻抗的关系，大的 负载电容会产生较长的启动稳定时间。但是若负载电容太小，会出现不是不起振〔因为整个回路相位偏移不够〕 就是振在第3、5、7泛音〔overtone〕频率。电容的误差是需要考量的，一般而言陶瓷电容的误差在±10％，可以 满足一般应用需要。所以若要有一个可靠且快速起振的振荡器，在没有导致工作在泛音频率下，负载电容应越小 越好。 Crystal常用CL SPEC：
式中，T为任意温度，T0参照温度，f0为参照温度时的频率，a0、b0、c0为参照温度时的频率温度系数。
并联电路：
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器
1)：如何选择晶体？ 对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。这是因为低 供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显，原因时 上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路 中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑：谐振频点，负载电容， 激励功率，温度特性，长期稳定性。 2)：晶振驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升。可用一台示波器检 测OSC输出脚，如果检测一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反， 如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动 。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波不再被削平为止。通 过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
基本性能主要是起振荡作用，可利用其对某频率具有的响应作用，用来滤波、选频网络等，石英谐振器相当于 RLC振荡电路。
石英晶体俗称水晶，是一种化学成分为二氧化硅〔SiO2〕的六角锥形结晶体，比较坚硬。它有三个相互垂直的轴，且各 向异性：纵向Z轴称为光轴，经过六棱柱棱线并垂直于Z轴的X轴称为电轴，与X轴和Z轴同时垂直的Y轴〔垂直于棱面〕 称为机械轴
原理：压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施 加机械压力，则在晶片相应的方
向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振 动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定 值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率 与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。不同的晶振标称频率不同，标称频 率大都标明在晶振外壳上。如常用普通晶振标称频率有：48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz～40.50 MHz等， 对于特殊要求的晶振频率可达到1000 MHz以上，也有的没有标称频率，如CRB、ZTB、Ja等系列。负载电容 是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不 同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐 振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频 率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。频率精度和频 率稳定度：由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有一定的频率精度和频 率稳定度。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。稳定度从±1到±100ppm不等。这要根据具体的设备 需要而选择合适的晶振，如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。因此，晶振 的参数决定了晶振的品质和性能。在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格 不同，要求越高价格也越贵，一般选择只要满足要求即可。
晶振不振荡时，可以看成是一平板电容器C0，他和晶体的几何尺寸和电极面积有关，值在几PF到几十PF之间。晶 振的机械振动的惯性使用电感L来等效，一般为10－3－102H之间，晶片的弹性以电容C1来等效，L、C的具体数值与 切割方式，晶片和电极的尺寸，形状等有关。 标称频率〔FL），负载电容〔CL）、频率精度、频率稳定度等
圆形
方形
SMT专用
晶片的切割可分为AT-CUT,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBT-CUT, CT-CUT, DT-CUT, FT-CUT, XT-CUT, YT-CUT,如图7所示.它是以光轴(Z轴)为参 考而命名,每种切法对应一个角度.采用何种切法应根据实际情况而定,如对温度特性要求较好则应采用AT-CUT, 如果对晶振要求的频率较高时则采用BT-CUT.晶片的切割方式、几何形状、尺寸等决定了晶振的频率.
3).如何选择电容C1，C2？ （1）：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 （2）：在许可范围内， C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率，越准确越好，C值偏大虽有利于振荡器的稳定， 但将会增加起振时间。 （3）：应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。
RL=Rr〔C1(C0+C’)/C1+C0+C’）/L
Z0=L/RC
Q=w0L/R
Z=Z0/1+jQ〔1－w02/w）
温度稳定性：
切角：
通常使用到的是AT切〔35°15’ ）和BT切（－49°），他们的温度特性如图：
AT切的温度频率关系函数：(f－f0)/f0=a0(T－T0)＋b0(T－T0)2＋c0(T－T0)3
晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能 Fs：晶体本身固有的频率，和晶体的切割方式、晶体厚度、晶体电极的等效厚度
F＝2560/t(BT) F=1670/t(AT)
标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常
FL：晶体加外部电容的整体频率FL= 1/（2π√｛L1C1(C0+C’)/(C1+C0+C’)｝ ） FL介于FS和FP之间：
构造
晶片：石英〔sio2〕六角晶系各向异性：弹性常数、介电常数、压电常数、热膨胀系数
电极：银
支架
外壳
石英晶体振荡器是利用石英晶体〔二氧化硅的结晶体〕的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致 是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片〔简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它 的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成 了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷 或塑料封装的。
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器，是由于它具有正〔机械能→电能）、反〔电能→机械能〕压电效应。沿石英晶片的电轴或机械轴施 加压力，则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷，呈现出电压，其大小与所加力产生的形变成正比；若施加张力，则产生 反向电压，这种现象称为正电效应。当沿石英晶片的电轴方向加电场，则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩，发生形变，这种 现象称为反压电效应。因此，在晶体两面三刀端加上交流电压时，晶片会随电压的变化产生机械振动，机械振动又会在晶片内表面 产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体，对于某一振动方式，有一个固有的机械谐振频率。当外加交流电压等于晶片的固有机械 谐振频率时，晶片的机械振动幅度最大，流过晶片的电流最大，产生了共振现象。石英晶片的共振具有多谐性，即除可以基频共振 外，还可以谐频共振，通常把利用晶片的基频共振的谐振器，利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器，一般能利用的是3、5、 7之类的奇次泛音。晶片的振动频率与厚度成反比，工作频率越高，要求晶片越薄〔尺寸越大，频率越低），，这样的晶片其机械 强度就越差，加工越困难，而且容易振碎，因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地，在工作频率小于20MHZ时采用基频晶 体，在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。
(4) 对于32KHZ以上的晶体振荡器，当VDD>4.5V时，建议C1=C2≈30PF。
4.) 功耗：
R为晶体内部的电阻 , C为晶体内部的两电容值相加C=C1+C0
若电阻为40奥姆，电容为20pF，则在工作频率在16MHz时，所消耗的功率为2mW。
5、关键工艺 主要工艺流程为：晶体选择－切割—粗磨—测角—改圆—研磨—腐蚀清洗—镀膜—装架点胶—微调—封焊—印 字—老化—成检—浸锡—抽检—切校脚—包装入库
晶振
4.晶振的应用
8. 石英晶体振荡器的发展趋势 9. 晶振的失效模式及案例分析
振荡器是一种能量转换器，石英谐振器是利用石英晶体谐振器决定工作频率，与LC谐振回路相比，它具有很高的标准性和极高的 品质因数，，具有较高的频率稳定度，采用高精度和稳频措施后，石英晶体振荡器可以达到10-4~10-11稳定度。
8pF、10 pF 12 pF 16 pF 18 pF 20 pF 30 pF 32Pf
Rr：串联阻抗，较低的串联阻抗会有较好的表现，但是需要的成本较高；较高的串联阻抗会导致能量的损耗和较长的启动时间，但是可 以降低C1，C2来补偿。这个值的范围大概在1MHz 200奥姆到20MHz 15奥姆左右。
3〕研磨
对晶片的表面进行研磨,使其厚度及表面粗糙平整度达到要求.
一般实际的晶片的厚度要比理论上的要小,这是因为后面的蒸镀工序将在晶片表面蒸镀一层银而使晶片厚度增加.以上可用下 所调以查， 发标现称，频作率为相清列同除式的晶子晶片表振因示互研: 换磨时造还成必的须表要面求松负散载层电的容深一腐至蚀，方不法能较冒有然效互。换，否则会造成电器工作不正常。 （F晶因L4片为：〕的 石晶熟切英体练割晶加的理可体外操论分振部作厚为荡电工器A度容、T有=的-C质实两整U检际T个体,员厚B谐频T度振率-C+频FU蒸L率T=镀, ，C1层/T一（-厚C个2U度π是T√,｛串DLT联1-CC揩U1振(TC,晶0F+T振C-C的’)U/(低TC,负1X+T载C-C0电+U容CT’,)晶｝Y振T）-C：U另T,一如个图为7所并示联.揩振晶振的高负载电容晶振。 石4〕英倒晶边体,倒振角荡(器此的工快序速只启针动对技低术频也) 取得突破性进展。 目原前理O：C压X电O4主效〕流应倒产边品,倒的角相(位此噪工声序性只能针有对很低大频改) 善。 晶振若的在失石效英模晶式体及的案两例个分电析极〔上待加完一善电）场，晶片就会产生机械变形。 晶通振常的 使失用效到模的式是及AT案切例〔分35析°15’ ）和BT切（－49°），他们的温度特性如图： 阻胶抗点小 得，太损多5耗会〕小影腐，响蚀电Q值清阻高洗，〔太与少频又率会有粘关得〕不理牢想固值，：影R响r－可>靠0性，采用香港制造的精密电子电路控制液体流量的1500型数位式定量点胶机，调整容易、 1陶为，晶 操晶寸F石、＝瓷了同振作振，英小2封 保 样 不简 的 形 晶5型6装证会振 单机状体0化/转晶造荡 ，械等振t(、B变片成时 一振有荡T薄。的频， 经动关器) 片据附率可 设的。的所腐片化着的以 定惯发F多不蚀透和=率不看 只性展年1希液亮片6，稳成需使趋的7望 〔 ，式0采定是 轻用势生/和 氢 电化t(用。一 踩电产A较 氟 阻：T先平 脚感实)为难 酸 小镀板 踏L践满来解 〕 。一电 开和足等决 的层容 关理移效的 速附器 ，论动，问 度着每C证电一0题 慢率次，明话般。、好吐他，为为调 效的出和片代1查 率铬量0晶愈表－发 低，一体厚的3现 ，然致－的、便， 研后，1几频携0作 制再产何2率式H为 人镀品尺产愈之清 员银一寸品低间的致除 为和轻，，方性晶 此电、晶对法好片 重极薄片晶，，因 新面、的体这避研 配积短弹的种免磨 备有小性起方了造 了关的以振法因成 蚀，要电性的人的 液值求容能难工在表 ，，C、点兼几面71石0来电就画P松℃英等F阻是眉散饱晶到效银 笔的层和体几，点影的氟振十L胶铬响、深化荡P的在愈FC腐氢器之方晶大的蚀铵的间法片，具封方溶。造两体这装法液成面数是由较为的平值低传有最差均与频统效佳异分切D的。配。配P割裸T但方的方V金采，石问式属用蚀题英，外原出，谐晶壳先的如振片覆的晶果器和塑分电料配极金不的属均尺向 这晶个体值 分的天范然围晶大体概和但在人由工1于M晶H手体z工2. 0控0奥制姆的到摇20动M不Hz够1均5奥匀姆，左批右量。生产时出现了腐蚀后晶片均匀度差，清洁度不够及蚀速快、较难把握等 4C、ha低m功be能r 实，验快(速高问启低题动温，。结低合为电)此压，工引作进，香低港电制平驱造动的和由低IE电C流－消1型耗电已成脑为控一制个的趋腐势蚀。控制的腐蚀清洗系统，操作者只需将清洗腐蚀时间 这一时般就 地需，要在用工电作阻频〔率R以S小来秒于防为2止0单M晶位H振Z〕时被输采过入用分基计驱频动算晶。机体、，装在白工片作架频率和大看于护2各0M个H浴Z时器采，用便泛可音实晶现体。晶片的腐蚀、清洗、烘干及末端从传送链 日4、本低东功京能陶，瓷快公速司上启生卸动产，下的低来S电M的D压整T工个C作X过O，，程低在流电振水平荡驱式启动自动和动4低m化电s操后流则作消可，耗达气已到泡成额为发定一生值个器的趋使9势0腐%。。蚀更加均匀，加温超洗干净。晶片的光洁度、清洁 采为用了导 保电证性晶能片良的好附度、着大率33幅，01度采F提型用日高先产镀，导一成电层品性附电树着阻脂率平材好均料的下接铬着降，剂然3.，3后8平再％均镀、电银成阻的品降方合低法格4，.率这至种少方法提的高难2.点13就％是，银起振铬性在能晶提片两高面，平工均效分提配高的5问0％题。，如果分配不均 1，)：同如样何会选造择成晶频体率？的不稳定。 对当于外一 加个交高流可电靠压性等的于系晶统片设的计固，有晶机体械的谐选振择频非率常时重，要晶，片尤的其机设械计振带动有幅睡度眠最唤大醒，流(往过往晶用片低的电电压流以最求大低，功产耗生)的了系共统振。现象。 2胶、点高得精太度多与会高影稳响定电度阻，，目太前少无又补会偿粘式得晶不体牢振固荡，器影总响精可度靠也性能，达采到用±香25港pp制m造，的VC精X密O电的子频电率路稳控定制度液在体10流～量7℃的范15围0内0型一数般位可式达定±2量0点～胶10机0p，pm调，整而容易、 O操C作X简O在单同，一温经度设范定围只内需频轻率踩稳脚定踏度开一关般，为每±次0吐. 出量一致，产品一致性好，避免了因人工兼画眉笔点胶的方法造成的差异。 通天常然使 晶用体到纯的度是差A,资T切源〔有3限5,°而15人’ ）工和晶B体T切纯（度－高4,资9°源）丰，富他,们故的现温在度生特产性晶如振图基：本上多采用人工晶体. 为目了前保 OC证X晶O主片流的产附品着的率相，位采噪用声先性镀能一有层很附大着改率善好。的铬，然后再镀银的方法，这种方法的难点就是银 铬在晶片两面平均分配的问题，如果分配不均 ，稳同定样 度会从造±1成到频±1率00的pp不m稳不定等。。
1）.晶体选择:
晶体分天然晶体和人工晶体.天然晶体纯度差,资源有限,而人工晶体纯度高,资源丰富,故现在生产晶振基本上多采用人工晶体.
2）.晶片切割:
晶振中最重要的组成部分为水晶振子,它是由水晶晶体按一定的法则切割而成的,又称晶片. 常用晶片的形状有三种:圆形,方形,SMT专用(方形,但比较小),如下图
在并联共振线路中的振荡频率，有99.5％的频率决定在晶体，外部的组件约只占0.5％，所以外部组件C1、C2和布线主要在 决定于启动与可信赖程度。典型的初始误差为±1％，温度变化（-30到100度〕为±0.005％，组件老化约为±0.005％ CL: 负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。如 果负载电容太大，振荡器就会因为在工作频率的回授增益太低而不会启动，这是因为负载电容阻抗的关系，大的 负载电容会产生较长的启动稳定时间。但是若负载电容太小，会出现不是不起振〔因为整个回路相位偏移不够〕 就是振在第3、5、7泛音〔overtone〕频率。电容的误差是需要考量的，一般而言陶瓷电容的误差在±10％，可以 满足一般应用需要。所以若要有一个可靠且快速起振的振荡器，在没有导致工作在泛音频率下，负载电容应越小 越好。 Crystal常用CL SPEC：
式中，T为任意温度，T0参照温度，f0为参照温度时的频率，a0、b0、c0为参照温度时的频率温度系数。
并联电路：
(a)串联共振振荡器 (b)并联共振振荡器
1)：如何选择晶体？ 对于一个高可靠性的系统设计，晶体的选择非常重要，尤其设计带有睡眠唤醒(往往用低电压以求低功耗)的系统。这是因为低 供电电压使提供给晶体的激励功率减少，造成晶体起振很慢或根本就不能起振。这一现象在上电复位时并不特别明显，原因时 上电时电路有足够的扰动，很容易建立振荡。在睡眠唤醒时，电路的扰动要比上电时小得多，起振变得很不容易。在振荡回路 中，晶体既不能过激励(容易振到高次谐波上)也不能欠激励(不容易起振)。晶体的选择至少必须考虑：谐振频点，负载电容， 激励功率，温度特性，长期稳定性。 2)：晶振驱动 电阻RS常用来防止晶振被过分驱动。过分驱动晶振会渐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上升。可用一台示波器检 测OSC输出脚，如果检测一非常清晰的正弦波，且正弦波的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反， 如果正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动 。判断电阻RS值大小的最简单的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波不再被削平为止。通 过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
基本性能主要是起振荡作用，可利用其对某频率具有的响应作用，用来滤波、选频网络等，石英谐振器相当于 RLC振荡电路。
石英晶体俗称水晶，是一种化学成分为二氧化硅〔SiO2〕的六角锥形结晶体，比较坚硬。它有三个相互垂直的轴，且各 向异性：纵向Z轴称为光轴，经过六棱柱棱线并垂直于Z轴的X轴称为电轴，与X轴和Z轴同时垂直的Y轴〔垂直于棱面〕 称为机械轴
原理：压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施 加机械压力，则在晶片相应的方
向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振 动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定 值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率 与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。
晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率精度、频率稳定度等。不同的晶振标称频率不同，标称频 率大都标明在晶振外壳上。如常用普通晶振标称频率有：48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz～40.50 MHz等， 对于特殊要求的晶振频率可达到1000 MHz以上，也有的没有标称频率，如CRB、ZTB、Ja等系列。负载电容 是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不 同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐 振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频 率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。频率精度和频 率稳定度：由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备还需要有一定的频率精度和频 率稳定度。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。稳定度从±1到±100ppm不等。这要根据具体的设备 需要而选择合适的晶振，如通信网络，无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。因此，晶振 的参数决定了晶振的品质和性能。在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振，因不同性能的晶振其价格 不同，要求越高价格也越贵，一般选择只要满足要求即可。
晶振不振荡时，可以看成是一平板电容器C0，他和晶体的几何尺寸和电极面积有关，值在几PF到几十PF之间。晶 振的机械振动的惯性使用电感L来等效，一般为10－3－102H之间，晶片的弹性以电容C1来等效，L、C的具体数值与 切割方式，晶片和电极的尺寸，形状等有关。 标称频率〔FL），负载电容〔CL）、频率精度、频率稳定度等
圆形
方形
SMT专用
晶片的切割可分为AT-CUT,ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱBT-CUT, CT-CUT, DT-CUT, FT-CUT, XT-CUT, YT-CUT,如图7所示.它是以光轴(Z轴)为参 考而命名,每种切法对应一个角度.采用何种切法应根据实际情况而定,如对温度特性要求较好则应采用AT-CUT, 如果对晶振要求的频率较高时则采用BT-CUT.晶片的切割方式、几何形状、尺寸等决定了晶振的频率.
3).如何选择电容C1，C2？ （1）：因为每一种晶振都有各自的特性，所以最好按制造厂商所提供的数值选择外部元器件。 （2）：在许可范围内， C1,C2值越低越好。应该试用电容将他的振荡频率调到IC所需要的频率，越准确越好，C值偏大虽有利于振荡器的稳定， 但将会增加起振时间。 （3）：应使C2值大于C1值，这样可使上电时，加快晶振起振。
RL=Rr〔C1(C0+C’)/C1+C0+C’）/L
Z0=L/RC
Q=w0L/R
Z=Z0/1+jQ〔1－w02/w）
温度稳定性：
切角：
通常使用到的是AT切〔35°15’ ）和BT切（－49°），他们的温度特性如图：
AT切的温度频率关系函数：(f－f0)/f0=a0(T－T0)＋b0(T－T0)2＋c0(T－T0)3
晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能 Fs：晶体本身固有的频率，和晶体的切割方式、晶体厚度、晶体电极的等效厚度
F＝2560/t(BT) F=1670/t(AT)
标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常
FL：晶体加外部电容的整体频率FL= 1/（2π√｛L1C1(C0+C’)/(C1+C0+C’)｝ ） FL介于FS和FP之间：
构造
晶片：石英〔sio2〕六角晶系各向异性：弹性常数、介电常数、压电常数、热膨胀系数
电极：银
支架
外壳
石英晶体振荡器是利用石英晶体〔二氧化硅的结晶体〕的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致 是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片〔简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它 的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成 了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷 或塑料封装的。
2.1. 晶振的原理
石英晶体之所以可以作为谐振器，是由于它具有正〔机械能→电能）、反〔电能→机械能〕压电效应。沿石英晶片的电轴或机械轴施 加压力，则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷，呈现出电压，其大小与所加力产生的形变成正比；若施加张力，则产生 反向电压，这种现象称为正电效应。当沿石英晶片的电轴方向加电场，则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩，发生形变，这种 现象称为反压电效应。因此，在晶体两面三刀端加上交流电压时，晶片会随电压的变化产生机械振动，机械振动又会在晶片内表面 产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体，对于某一振动方式，有一个固有的机械谐振频率。当外加交流电压等于晶片的固有机械 谐振频率时，晶片的机械振动幅度最大，流过晶片的电流最大，产生了共振现象。石英晶片的共振具有多谐性，即除可以基频共振 外，还可以谐频共振，通常把利用晶片的基频共振的谐振器，利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器，一般能利用的是3、5、 7之类的奇次泛音。晶片的振动频率与厚度成反比，工作频率越高，要求晶片越薄〔尺寸越大，频率越低），，这样的晶片其机械 强度就越差，加工越困难，而且容易振碎，因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地，在工作频率小于20MHZ时采用基频晶 体，在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。
(4) 对于32KHZ以上的晶体振荡器，当VDD>4.5V时，建议C1=C2≈30PF。
4.) 功耗：
R为晶体内部的电阻 , C为晶体内部的两电容值相加C=C1+C0
若电阻为40奥姆，电容为20pF，则在工作频率在16MHz时，所消耗的功率为2mW。
5、关键工艺 主要工艺流程为：晶体选择－切割—粗磨—测角—改圆—研磨—腐蚀清洗—镀膜—装架点胶—微调—封焊—印 字—老化—成检—浸锡—抽检—切校脚—包装入库
晶振
4.晶振的应用
8. 石英晶体振荡器的发展趋势 9. 晶振的失效模式及案例分析
振荡器是一种能量转换器，石英谐振器是利用石英晶体谐振器决定工作频率，与LC谐振回路相比，它具有很高的标准性和极高的 品质因数，，具有较高的频率稳定度，采用高精度和稳频措施后，石英晶体振荡器可以达到10-4~10-11稳定度。
8pF、10 pF 12 pF 16 pF 18 pF 20 pF 30 pF 32Pf
Rr：串联阻抗，较低的串联阻抗会有较好的表现，但是需要的成本较高；较高的串联阻抗会导致能量的损耗和较长的启动时间，但是可 以降低C1，C2来补偿。这个值的范围大概在1MHz 200奥姆到20MHz 15奥姆左右。
3〕研磨
对晶片的表面进行研磨,使其厚度及表面粗糙平整度达到要求.
一般实际的晶片的厚度要比理论上的要小,这是因为后面的蒸镀工序将在晶片表面蒸镀一层银而使晶片厚度增加.以上可用下 所调以查， 发标现称，频作率为相清列同除式的晶子晶片表振因示互研: 换磨时造还成必的须表要面求松负散载层电的容深一腐至蚀，方不法能较冒有然效互。换，否则会造成电器工作不正常。 （F晶因L4片为：〕的 石晶熟切英体练割晶加的理可体外操论分振部作厚为荡电工器A度容、T有=的-C质实两整U检际T个体,员厚B谐频T度振率-C+频FU蒸L率T=镀, ，C1层/T一（-厚C个2U度π是T√,｛串DLT联1-CC揩U1振(TC,晶0F+T振C-C的’)U/(低TC,负1X+T载C-C0电+U容CT’,)晶｝Y振T）-C：U另T,一如个图为7所并示联.揩振晶振的高负载电容晶振。 石4〕英倒晶边体,倒振角荡(器此的工快序速只启针动对技低术频也) 取得突破性进展。 目原前理O：C压X电O4主效〕流应倒产边品,倒的角相(位此噪工声序性只能针有对很低大频改) 善。 晶振若的在失石效英模晶式体及的案两例个分电析极〔上待加完一善电）场，晶片就会产生机械变形。 晶通振常的 使失用效到模的式是及AT案切例〔分35析°15’ ）和BT切（－49°），他们的温度特性如图： 阻胶抗点小 得，太损多5耗会〕小影腐，响蚀电Q值清阻高洗，〔太与少频又率会有粘关得〕不理牢想固值，：影R响r－可>靠0性，采用香港制造的精密电子电路控制液体流量的1500型数位式定量点胶机，调整容易、 1陶为，晶 操晶寸F石、＝瓷了同振作振，英小2封 保 样 不简 的 形 晶5型6装证会振 单机状体0化/转晶造荡 ，械等振t(、B变片成时 一振有荡T薄。的频， 经动关器) 片据附率可 设的。的所腐片化着的以 定惯发F多不蚀透和=率不看 只性展年1希液亮片6，稳成需使趋的7望 〔 ，式0采定是 轻用势生/和 氢 电化t(用。一 踩电产A较 氟 阻：T先平 脚感实)为难 酸 小镀板 踏L践满来解 〕 。一电 开和足等决 的层容 关理移效的 速附器 ，论动，问 度着每C证电一0题 慢率次，明话般。、好吐他，为为调 效的出和片代1查 率铬量0晶愈表－发 低，一体厚的3现 ，然致－的、便， 研后，1几频携0作 制再产何2率式H为 人镀品尺产愈之清 员银一寸品低间的致除 为和轻，，方性晶 此电、晶对法好片 重极薄片晶，，因 新面、的体这避研 配积短弹的种免磨 备有小性起方了造 了关的以振法因成 蚀，要电性的人的 液值求容能难工在表 ，，C、点兼几面71石0来电就画P松℃英等F阻是眉散饱晶到效银 笔的层和体几，点影的氟振十L胶铬响、深化荡P的在愈FC腐氢器之方晶大的蚀铵的间法片，具封方溶。造两体这装法液成面数是由较为的平值低传有最差均与频统效佳异分切D的。配。配P割裸T但方的方V金采，石问式属用蚀题英，外原出，谐晶壳先的如振片覆的晶果器和塑分电料配极金不的属均尺向 这晶个体值 分的天范然围晶大体概和但在人由工1于M晶H手体z工2. 0控0奥制姆的到摇20动M不Hz够1均5奥匀姆，左批右量。生产时出现了腐蚀后晶片均匀度差，清洁度不够及蚀速快、较难把握等 4C、ha低m功be能r 实，验快(速高问启低题动温，。结低合为电)此压，工引作进，香低港电制平驱造动的和由低IE电C流－消1型耗电已成脑为控一制个的趋腐势蚀。控制的腐蚀清洗系统，操作者只需将清洗腐蚀时间 这一时般就 地需，要在用工电作阻频〔率R以S小来秒于防为2止0单M晶位H振Z〕时被输采过入用分基计驱频动算晶。机体、，装在白工片作架频率和大看于护2各0M个H浴Z时器采，用便泛可音实晶现体。晶片的腐蚀、清洗、烘干及末端从传送链 日4、本低东功京能陶，瓷快公速司上启生卸动产，下的低来S电M的D压整T工个C作X过O，，程低在流电振水平荡驱式启动自动和动4低m化电s操后流则作消可，耗达气已到泡成额为发定一生值个器的趋使9势0腐%。。蚀更加均匀，加温超洗干净。晶片的光洁度、清洁 采为用了导 保电证性晶能片良的好附度、着大率33幅，01度采F提型用日高先产镀，导一成电层品性附电树着阻脂率平材好均料的下接铬着降，剂然3.，3后8平再％均镀、电银成阻的品降方合低法格4，.率这至种少方法提的高难2.点13就％是，银起振铬性在能晶提片两高面，平工均效分提配高的5问0％题。，如果分配不均 1，)：同如样何会选造择成晶频体率？的不稳定。 对当于外一 加个交高流可电靠压性等的于系晶统片设的计固，有晶机体械的谐选振择频非率常时重，要晶，片尤的其机设械计振带动有幅睡度眠最唤大醒，流(往过往晶用片低的电电压流以最求大低，功产耗生)的了系共统振。现象。 2胶、点高得精太度多与会高影稳响定电度阻，，目太前少无又补会偿粘式得晶不体牢振固荡，器影总响精可度靠也性能，达采到用±香25港pp制m造，的VC精X密O电的子频电率路稳控定制度液在体10流～量7℃的范15围0内0型一数般位可式达定±2量0点～胶10机0p，pm调，整而容易、 O操C作X简O在单同，一温经度设范定围只内需频轻率踩稳脚定踏度开一关般，为每±次0吐. 出量一致，产品一致性好，避免了因人工兼画眉笔点胶的方法造成的差异。 通天常然使 晶用体到纯的度是差A,资T切源〔有3限5,°而15人’ ）工和晶B体T切纯（度－高4,资9°源）丰，富他,们故的现温在度生特产性晶如振图基：本上多采用人工晶体. 为目了前保 OC证X晶O主片流的产附品着的率相，位采噪用声先性镀能一有层很附大着改率善好。的铬，然后再镀银的方法，这种方法的难点就是银 铬在晶片两面平均分配的问题，如果分配不均 ，稳同定样 度会从造±1成到频±1率00的pp不m稳不定等。。
1）.晶体选择:
晶体分天然晶体和人工晶体.天然晶体纯度差,资源有限,而人工晶体纯度高,资源丰富,故现在生产晶振基本上多采用人工晶体.
2）.晶片切割:
晶振中最重要的组成部分为水晶振子,它是由水晶晶体按一定的法则切割而成的,又称晶片. 常用晶片的形状有三种:圆形,方形,SMT专用(方形,但比较小),如下图