晶体振荡器缩写

1 fs 2π
1 L1C1
1 ω C1
f fa fs s 2r

ω L1
R1
τ 1 R1C1 10 s
14
C1n
r' C11 n3
L1n
n3L11 3 r'
R1n
n3R11 r'
π n 2r 2k
2
参数解释
n: 泛音次数 C0: 静态电容 C1: 动态电容 C1n: C1 of n-th 泛音 L1: 动态电感 L1n: L1 of n-th 泛音 R1: 动态电阻 R1n: R1 of n-th 泛音 : 石英介电常数40 x 10-13 pF/mm (average) A: 电极面积 t: 白片厚度 r: 电容比 r’ : f1/fn fs: 串联谐振频率 fR fa: 并联共振频率 Q： 品质因数 1: 时间常数 : 角频率 = 2f : 阻抗相位角 k： 压电耦合因数=8.8% for AT-cut, 4.99% for SC
石英是什么
石英是拥有以下特性的唯一材料：
• 具有压电效应
• 存在零温度系数的切型
• 存在压力补偿的切型
• 低损耗（高Q） • 容易加工；在正常条件下，除了氟化物腐蚀剂，对所有物质存 在低溶性；硬而不脆。 • 自然界含量丰富；易于低成本大量生长，生成晶体有比较高的 纯度。
石英的压电效应
FIELD along: STRAIN
石英晶体谐振器的优点
1、稳定性好，变化小； 2、准确性好，精度高； 3、低功耗，激励功率小； 4、固定性（非可调式）。
石英晶体谐振器的构造
Two-point Mount Package Three- and Four-point Mount Package
Quartz blank Cover Electrodes Quartz blank Bonding area Cover Mounting clips Seal Pins Base

幅度一直增加，直到因元件的非线性或自动增 益控制引起的增益下降为止。 在稳定状态下闭环增益 = 1。
晶体振荡器缩写

XO…………..Crystal Oscillator晶体振荡器 VCXO………Voltage Controlled Crystal Oscillator压控晶体振荡器 OCXO………Oven Controlled Crystal Oscillator恒温晶体振荡器 TCXO………Temperature Compensated Crystal Oscillator 温度补偿晶体振荡器 TCVCXO..…Temperature Compensated/Voltage Controlled Crystal Oscillator温度补偿/压控晶体振荡器 OCVCXO.….Oven Controlled/Voltage Controlled Crystal Oscillator 恒温/压控晶体振荡器 MCXO………Microcomputer Compensated Crystal Oscillator 微机补偿晶体振荡器 RbXO……….Rubidium-Crystal Oscillator铷晶体振荡器
28
36 54 64 69
1、石英晶体
石英是什么
• 石英是一种压电材料，在自然界中是一种
透明的结晶物 ，它有非常稳定的压电效应， 其化学与机械上的特性在早期的电子实验 中就引起了极大的关注。 • 石英的主要成份为二氧化硅，虽然地壳表 面有14%是由二氧化硅所组成，但相对可使 用的部份却较稀少，主要是因为满足不了 需要的纯度要求以它本身存在缺陷与瑕疵。
它是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿措施，以达到在宽温度范围内满足 稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络，补偿后频率稳定度在107~10-6量级。由于其具有良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应 性较强等多方面优点，因而获行了广泛应用。

OCXO, oven controlled crystal oscillator, 恒温控制型.
T
Crystal Oscillator (XO)
Temperature Sensor
-10 ppm
Compensation Network or Computer
_
_
_
+
X
_
_
- + +
+ _
+
X
+
无形变
形变
压电效应能使压电晶体的机械特性和电路信号之间相互转化 。石英在 电场的作用下，有五种机械变化。下页显示的变化模式可以在合适的 电极位置和形状下产生。常用Y-切系列，包括AT、BT和ST切。
Modes of Motion
弯曲模式
延长模式
对角拉伸模式
3、石英晶体振荡器
内含IC，外加电压就可以振荡
石英晶体振荡器内部结构
调整电压
晶体谐振器
输出频率 放大器
振荡
在某一振荡的频率下其闭环相移 = 2n.

当有激励时，最初仅产生噪声信号。噪声中只 有那些频率满足振荡相位条件的，才能形成振荡且 幅度增加。 幅度增加的比例取决于外部条件，如 激励信号、闭环增益、晶体所在网络的带宽等。
Bonding area Mounting clips
Seal Pins
Base
Top view of cover
等效电路
Spring
Mass
C L
Dashpot 缓冲
R
石英晶体振荡模式、切角、频率范围、厚度或长度 及曲率系数
石英晶体谐振器等效电路
Symbol for crystal unit
它是采用精密控温，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点上的晶体振荡器。中 精度产品频率稳定度为10-7~10-8，高精度产品频率稳定度在10-9量级以上。它主要用作频率 源或标准信号。
不同晶体振荡器的温度曲线
Voltage Tune
f f +10 ppm 250C
-450C
Output
+1000C
石英晶体谐振器阻抗频率特性
振荡器通常工作区
+ Reactance
谐振, fr
反共振, fa
0
Frequency
-
1 2f C0
晶体谐振器制作工艺
设计 石英 生长
清洗
切割
叠片
车圆
厚度 分类
清洗
蚀刻 (化学试剂)
倒角
角度 确认
X射线 测角度
电镀
支架 准备
安放
点胶
检查
清洗
测试
封口
频率 检查
微调
烘焙
最终 清洗
6’
7’ 8’
80 85 90
-45 -40 -35 -30 -25
-20 -15 -10
Temperature (oC)
SC and AT-cuts的比较
SC-cut 的优势 • 瞬时温度补偿---能适应快速温度变化 • 能做成高稳定的OCXO and MCXO---静态和动态频率温度特性好 • 稳定性高 • 驱动电平低 • 平面压力补偿---边缘压力和弯曲引起的f 较小 • 对辐射的敏感度低 • 较高的电容比 ---振荡器阻抗变化引起的 f 较小 • 电极形状的敏感度低 SC-cut的劣势 : 制造恒温晶振（OCXO）的难度大 (它比 AT-cut 制成 精确的温补晶振 （TCXO） 而言更易制成微机补偿晶振（MCXO） ）
● 稳定性
- 老化 - 滞后
- 噪音
- 非线性和阻抗异常 - 频率突变 ● 生产制造 ● 可靠性
晶片周围污染
晶片周围环境和封装过程对谐振器的稳定性有重要影 响。 • 单层能吸附的污染物质在~ 1015 微粒/cm2 之内(光滑 表面) • 10-7托的真空度可含 ~109 气态微粒/cm3
因此: 在 1 cm3 的空间内吸附的污染物质是在10-7托的真空 度内所含气态微粒的106 倍。这些吸附物质将会导致老 化、滞后、噪音等现象。
C0 CL
CL
C1
L1
R1
{
1. Voltage control (VCXO) 2. Temperature compensation (TCXO)
石英晶体谐振器等效电路
1 fs 2π 1 L1C1
等效电路参数间关系
C0 ε A t
C0 r C1
1 Q 2π fSR1C1
d 360 Q df π fs
AT-cut频率温度特性与切割角度的关系
25 20 15 10

R
AT-cut
35¼ o
r m
Z
49o
BT-cut
R m r
8’ 7’ 6’ 5’ 4’
R
Y R -1’ 0’ 1’ 2’ 3’ 4’ 5’
Z
Y-bar quartz
(ppm)
5 0 -5 -10 -15
f f
3’ 2’ 1’ 0’ -1’
-20 -25
= 35o 12.5’+ , = 0 for fundamental mode plano-plano AT-cut
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
= 35o 20’ + , = 0 for 5th overtone AT-cut
成品
用X-ray 测晶片方向
Shielding
Monochromator crystal
检测器
S
X-ray 柱
Copper target X-ray source
被测晶片
测角器 Double-crystal x-ray diffraction（衍射 ）system
污染控制
在制造过程中，污染必须得到控制，否则会带来以下不良后果：
z

0
-30o -60o

-90o


y
x xl
The AT, FC, IT, SC, BT, and SBTC-cuts 是零温度 系数切型中的几种。 LC 是用于石英温度计的一种 线性温度系数切型
Y-cut: +90 ppm/0C (厚度切割模式) X-cut: -20 ppm/0C (延长模式)
2、石英晶体谐振器
需要外加IC才能振荡
石英晶体谐振器应用范围
石英晶体谐振器是一种用于稳 定频率和选择频率的电子器件，已被广 泛应用于无绳电话载波通讯、广播电视、 卫星通讯、原子钟、数字仪表、计算机 程控交换机、VCD、DVD、彩电机顶盒、 铁路信号及通讯中的频率信号源设备中， 还可以作为温度、压力、重量的敏感元 件使用，现被广泛地应用于军用载波、 通讯设备与民用产品中。
压电效应
Y
+ _ + + _ + _ + _ + _ _ _ + _ + + + _ + _ + + _ + _ + _ _ + _ + _ _ + _ + + _ _ + + _ + _ _ + _ + _ +
Y
_
+ _ + _ + _ _ + + _ + _ + _ + _ + _ + _ +
厚度切割模式
基频厚度切割模式 三次泛音厚度切割模式
石英晶体的泛音响应
jX
Spurious responses 0
Spurious responses
Spurious responses
Frequency
5th 泛音
-jX
3rd 泛音 基频
石英温度系数切割角度
90o 60o AT 30o FC LC SBTC BT 0o 10o 20o 30o IT SC

Leabharlann Baidu
晶体振荡器的种类
根据晶体的温度频率特性，将晶体分为三类：

XO, crystal oscillator, 不含温度频率特性.
在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能，频率稳定度在 10-5量级，一般用于普通场所作为本振源或中间信号，是晶振中最廉价的产品。
TCXO, temperature compensated crystal oscillator, 温度补偿型.
晶振教程
SSEEC FA研发中心
SY
.
目录
1. 2. 石英晶体………………………...…………………… 石英晶体谐振器…………………….………………. 3 13
3.
4. 5. 6. 7.
石英晶体振荡器……………………………………..
振荡器的稳定性…………………………………….. 我司实际使用的晶振相关介绍……………...…….. 石英晶体谐振器选用的注意事项……..…...……… 石英晶体谐振器在使用过程中的一些注意事项….
X X Y Z Z
EXTENSIONAL along:
Y
Z X

X

Y
SHEAR about:
Y
Z
石英晶体六角锥体两顶点的连线称为Z轴，又称光轴；在Z轴垂直的横截面上， 六角形的三条对角线称为X轴，又称电轴；与X轴垂直的三条线称为Y轴，又称机 械轴。若在电轴或机械轴方向对石英片施加外力使其形变 ，则垂直与该轴的方向 上会产生符号相反、数值相等的电荷。