crystal介绍

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TXC
人工水晶之切型
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TXC
各切型晶體之振動模式
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TXC
各切型晶體之頻率溫度特性
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基本波與三倍頻
+ - Fundamental Movement + - 3rd Overtone Movement
TXC
0.083mm
20MHz
0.083mm
60MHz
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TXC
AT切晶片頻率與厚度關係
F=n*1660/t F為晶片諧振頻率，單位MHz n為倍頻次數，如︰1，3，5，7等 t為晶片厚度，單位μm 例如︰ 頻率為27MHz基頻晶片 晶片厚度︰t=1*1660/27=61μm
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TXC
何為晶體的頻率？
1．從機械角度來看︰石英晶片每秒種振 動的次數。
2．從電路角度來看︰電極兩端電場方向 每秒變換的次數。
頻率的單位︰Hz KHz MHz 1 KHz=1000 Hz 1 MHz=1000 KHz=1000,000 Hz 例如︰32.768KHz 26MHz
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TXC
標稱頻率(Nominal Frequency)
F0 單位︰MHz 標稱頻率是一個百度文库標頻率，名義上的頻率。 標稱頻率是客戶所需要的頻率值。
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TXC
何為PPM?
PPM是比值，是一個相對量，与百分之 （%）类似。
PPM表示百萬分之一。 换算關係式
10,000 PPM = 1% 100 PPM= 0.001%
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TXC
頻率公差（Frequency Tolerance）
靜態電容的組成︰兩電極間之電容，膠點電容，基 座電容，引線電容等。
C0主要由電極尺寸和晶片厚度決定。 C0大，電流大，耗電多，起振困難。
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TXC
老化（Aging）
單位︰PPM／Year
石英晶體的振盪頻率會隨時間的推移而變化，我們 把這種特性叫做晶體的老化特性。 例如︰first year 1.5 PPM，second year 0.5 PPM。 造成Aging的原因很複雜，跟原材料，生產工藝，封 裝方式都有關係。
電阻造成原因比較複雜，與設計和制造工藝 有關。
大氣的 R1＞N2的 R1＞真空中的 R1 等效電阻越小越易于起振，但制造越困難。 例如︰20Ω ，30 KΩ
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TXC
負載電容 Load Capacitance CL
晶體在振盪電路中一般呈電感性，需外接電容以補 償晶體的感抗，產生諧振，該補償電容為晶體負載 電容 。
同一晶體，不同溫度範圍的溫度頻差是不同的，溫 度範圍越寬，溫度頻差越大。
計算方法︰ △F(t)=(F(t)-F(25))/F0*106
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TXC
AT切石英晶體的頻率－溫度特性
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TXC
激勵功率：Drive Level
在振盪電路中，電流通過晶體時會消耗一定功率的 電能，電流越大，消耗功率越大。
TXC
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壓電效應
Y
X
S i +4
O -2
O -2
TXC
--
Si +4
O -2
++
O -2
++
Si +4
- - O -2
O -2
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逆壓電效應
++++++
-----
Si +4
O -2 + + + + + O -2
-------
TXC
-------
+++++
Si +4
O- --2 - - O- -2
++++++
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Crystal製程介紹 （依附檔）
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TXC
Think of Frequency,Think of TXC
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TXC
振盪原理
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TXC
3．Crystal參數
Crystal … 電路符號
Crystal 等效電路
C0︰靜態電容.
R1︰動態電阻. L1 ︰動態電感. C1︰動態電容.
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Crystal分類
TXC
DIP︰ 49U,49S，49S-SMD
Seam SMD︰ 7*5,5*3.2,3.2*2.5,2*2.5 2.0*1.6
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TXC
頻率隨負載電容變化（Frequency VS. CL）
石英晶體的振盪頻率與負載電容的關係
FL = FR * ( 1 + C1 / 2 * ( C0 + CL) )
( FL –FR ) / FR = C1 / 2 * ( C0 + CL) 式中Fr，C0，C1由晶體本身決定，CL為負
實際應用中，晶體工作功率與chip驅動能力有關。 激勵功率過小，無法維持振盪；激勵功率過大，會
損壞晶體。 P=I2*R 其中I為交流有效值 例如︰10μW typical，500μW Max
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TXC
靜態電容（C0）︰Shunt Capacitance
單位︰pF
靜態電容是指石英晶體在靜態時，兩引腳之間的電 容值。
單位︰PPM 指在常規條件下，晶體實際振盪頻率和標稱頻率之
間的偏差，通常用PPM表示。 所謂常規條件︰常溫（一般25 ℃ ），指定負載電
容。 石英晶體頻率准確度︰±5，±10，±30，±50PPM
等。 計算方法︰
△FL=(FL-F0)/F0*106
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TXC
谐振阻抗 Rr：
晶體內部的機械振動的能量損失，在電路上 表現為電阻，因此該電阻被稱為等效電阻。
-1
TXC
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水晶材料之物理特性
材料成份： 二氧化硅 SiO2 晶格結構： 正六方體晶系 材料特性：
熔點 α-β相變點 硬度 密度 壓電特性 光雙折性
1,750℃ 537℃
~7.2莫氏硬度 2,648Kg/M3 Y軸： 機械軸 Z軸： 光學軸
@1atm @1atm @25 ℃ @25 ℃ MECHANICAL AXIS OPTICAL AXIS
從應用電路方面看，負載電容為晶體外接所負荷的 總電容值，由chip外接電容，chip內部電容，雜散 電容組成。
電路實際負載電容和晶體制造規格之負載電容應匹 配。
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TXC
Crystal… CL應用方式
大部分MICROPROCESSOR的應用方式，是變形的 考畢茲(Colpitts)電路，使用兩個電容到地。
載電容 CL ↓ FL ↑， CL ↑ FL ↓
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TXC
頻率溫度穩定性︰ Frequency Stability VS. Temperature
石英晶體的振盪頻率會隨溫度的改變而變化，晶體 在整個工作溫度範圍內的頻率值與常溫（一般25 ℃ ）下頻率值的最大偏差，稱為溫度頻差，通常 用PPM表示。
Glass SMD︰ 8*4.5,5*3.2，3.2*2.5 2.5*2.0
OSC: CMOS 7*5,5*3.2,3.2*2.5, 2.5*2.0 TCXO 3.2*2.5 2.5*2.0 2.0*1.6
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Crystal参数规格介绍
1.FL -- 負載諧振頻率 2.ppm -- 频率精准度 3.Rr -- 諧振阻抗 4.CL -- 负载 5.温测 -- 頻率在不同溫度下穩定性 6.DL -- 激勵功率 7.C0 -- 靜態電容 8.Aging-- 老化
TXC
台灣晶技股份有限公司
Introduction for TXC CRYSTAL
2011.8
TXC
INDEX
Crystal材料 Crystal參數规格 Crystal製程（附檔）
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TXC
1．Crystal 材料
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人工合成水晶
原材料：籽晶，硅石 高壓：約1500大氣壓 高溫：約 400 ℃ 生長時間： 1 ~ 6 Month 下部為硅石溶液,硅石在高 溫高壓條件下變成SiO2氣體 向上蒸發。 上部為籽晶區域，溫度較 低， SiO2氣體冷卻凝結在 籽晶上，晶塊逐漸長大。