晶振知识大全

晶振的定义: 晶振的英文名称为crystal. 石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成，主要是为电路提供频率基准的元器件。

晶振的分类：

1.按制作材料，分为石英晶振和陶瓷晶振。

石英晶振：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，它的基本结构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。

陶瓷晶振：指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。陶瓷晶振就是晶体逆压电效应原理，陶瓷谐振器的工作原理就是既可以把电能转换为机械能，也可以把机械能转换为电能。目前陶瓷谐振器的类型按照外形可以分为直插式和贴片式两中。

2. 从功能上分晶振分为无源晶振和有源晶振。无源晶振即为石英晶体谐振器，而有源晶振即位石英晶体振荡器。

无源晶振只是个石英晶体片，使用时需匹配相应的电容、电感、电阻等外围电路才能工作，精度比晶振要低，但它不需要电源供电，有起振电路即可起振，一般有两个引脚，价格较低。

有源晶振内部含有石英晶体和匹配电容等外围电路，精度高、输出信号稳定，不需要设计外围电路、使用方便，但需要电源供电，有源晶振一般是四管脚封状，有电源、地线、振荡输出和一个空置端。使用有源晶振时要特别注意，电源必须是稳压的且电源引线尽量短，并尽量与系统中使用晶振信号的芯片共地。

3、从封装形式上分有直插型（DIP）和贴片型（SMD）。

4、按谐振频率精度，分为高精度型、中精度型和普通型晶振。

5、按应用特性，分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。

串联谐振型晶振：负载电容较小，属于低负载电容型晶振；只能在低负载电容的条件下，或者说只能在串联型振荡电路中使用；由于晶振是与负载电容串联形成谐振，所以可通过微调负载电容，把振荡频率精确地调到标准值。

并联谐振型晶振：负载电容很大，属于高负载电容型晶振；只能在高负载电容的条件下，或者说只能在并联型振荡电路中使用；并联型振荡电路的振荡频率不可调，这就要求并联谐振型晶振的精度更高、性能更稳定、谐振频率更精准。

6、电子钟表中的晶振，按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。

石英的化学成分为SiO2，晶体属六方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。受压或受热能产生压电效应。

压电效应——石英晶体在压力作用下产生形变，同时产生电极化。其极化强度与压力成正比。这种现象就称“正压电效应”。反之，在电场作用下，晶体产生形变，其形变大小与电场强度成正比，这种现象称“逆压电效应”。利用压电效应，当极板外加交变电压时，产生机械形变;机械形变反过来产生交变电场。机械形变振幅较小，晶体振动的频率比较稳定。当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相等时，机械振动的振幅急剧增加。

石英晶片的切型：在制造工艺中，首先要对石英晶体原材料进行切割研磨处理，其中一道很重要的工序是定角。由于石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，经过大量研究，已发现了几十种有用的切割方式。切型的习惯表示方法：AT，BT，CT，DT，ET，FC，SC，LC等。

石英晶体的振动模式：

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 （1/106）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（1/106）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）C L≈（C1C2 /（C1+C2））+C杂散

与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容。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 。

•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：C0=K C0×A e×F0＋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mm2；

F0——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：

C1=K C1×A e×F0＋C常数

K C1——电容常数；

Ae——电极面积，单位mm2;

F0——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：

L1=1/(2πF0）2C1 (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=wL1/Rr=1/wRrC1

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≈C1/2（C0＋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│=│C1(C L2-C L1)/2(C0+C L1)(C0+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≈-C1 *1000/ 2*（C0+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。