小型高频高可靠石英晶体振荡器的研制

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1、2008仝目频率控制拉术年能i塑小型高频高可靠石英晶体振荡器的研制孛涛北京无线电计量刹试研究所．北京100039摘要概述了小Ⅲ高频高IⅡ靠d英a体振荡#的设计自生产过程。接雕产品的研制过程较为详细地描述T奉振荡#各项参数设计思路ⅫI-艺技术i式“Ⅱ∞4到相关技术指标*采取的荧鼬措施，关键词小■高《高日靠。HighFrequency&HighReliabilityMinitypeQuartzOscillatorTechnologyLITuf)fBeiji．gInH¨l【Jl⋯)fRⅢli．Mc【n，h’Ey

2、＆M⋯⋯nI，Bellin9100039)AbstractRecapitulatesIh8pr—sshowIodesignand⋯1“actIjmthehighfrelpleney＆hightredil,illtyminitypequizoscillatorThedesl印methodofII”f⋯mrIc⋯

3、1rl1h⋯THn1sdescribedaccording10devebp⋯ssThekey8t。¨sfi,rI}】FIFr·hrl】fflllargeland”p”sentedKeywordsMi

4、nitypcHighfrequencyHl曲reliability1引言随着航天技术的发展．各种型号产品止在逐渐向高可靠性、高集成化、低功耗方皿发展．对相应配套电子几器件的萼求也在水断提高。由于小犁高频高町靠石英晶体振荡器具有可靠性好体积小、频率较高等优点，能够很好的满足现代各类重要型号产品的要求l故对其进{r研制。本文介绍的I“MHz表贴石英振荡器，打英振子品片秉用AT切掣，振荡电路选驭倍频模式，两者粘接后采用表贴封装形式．其体积约为005m3，基准温度衲始精度和频率温度稳定性均在20×10一以内，并且

5、完全能够达到型号产品所要求的抗冲击离心、振动和耐温度变化等方面环境试验要求。2主要技术要求21电性能指标标称频率．144MHz基准温度初始精度：±20×10*以内频率一温度稳定度：±20x10。(温度范围40℃～+85℃)以内输卅渡形：方渡输入电流一功率：20mA上升和下降沿时间：10ns占空因数50％±】0％电源电压：+5V±5％水汽含龉<5000×106封装形式：SMD滚边平行焊外形尺寸：7ramx5一×1．5mm(⋯2土要环境条件及要求工作温度范围：—40t。+85℃温度冲击：_55℃～+85。C，

6、5次冲击：5畦稳态加速度：500m／s2随机振动：189rms2008全国频率控制技术年会论文集一283一范。适用总规范：GJBl648—93晶体振荡器总规2．基本设计2．1设计依据根据相关技术指标的规定，晶体振荡器应符合频率、外形尺寸、电源电压以及环境温度等外界环境条件要求。国际、国断准周内外研究成果研制过程必须按照表贴石英振荡器设计规范(Q／Fxl023-2007)和GJBl648—93晶体振荡器总规范要求，并联系得到的实验数据选择具体设计方法。2．2设计方案设计方案严格按照国军标和相关规范进行，保证

7、其周密严谨程度；同时结合加工工艺和测试手段，制定明确可行的设计路线。设计流程如图所示：设计要求和准则设计GJB。产品规范晶体材料选择r-————————-1振荡方式切型和切角误差lJ振荡电路选择电极膜LI_J晶体片尺寸L-J工序频率挖制k一壳j摹I尺寸L一—-J稳定性机械强度II保证老化水平

8、

9、I机械强度II密封性整合调试验证试验工岂生产图2设计流程图2．3设计内容2．3．1石英振子设计由于该晶体振荡器要求频率高、可靠性好，结合倍频集成电路考虑对晶片进行设计，包括以下内容：(1)振动模式、切型的选择石英谐

10、振器晶体片有四种振动模式。最常用的是厚度切变振动模式，其频率范围比较宽，频段为800kHz一300MHz。厚度切变振动模式的最常用切型是AT切型、BT切型、sC切型，其中AT切型具有加工方便，在宽温度范围内具有良好的频率温度特性等优点。因此我们选定AT切型的条形晶片。(2)晶片外形尺寸的设计fn=nIL／tn=l，3，5⋯(1)式中：卜-石英振子的厚度(姗)-r-泛音次数醐率常数，此处取值为1670kHz·lninO已知石英谐振器的频率是ill=14418=18MHz(8倍频方式实现144MHz，基频片为

11、18MHz，／'／=1，经计算得出厚度为0．0927mm。当它的宽度W远大于厚度t即w／t>20时，条形晶片宽度的选取自由度增加，考虑到寄生振动模式耦合的问题，w／t约等于3的倍数时，晶体有良好的温度特性、稳定性和较高Q值，所以我们选取w／括27，则宽度-284-2008全国频率控制技术年会论文集14,=-27×0．0927mm=2．5mm。综合上述设计结果，理论条片长度／=5ram，w=-2．5mm，t=0．0927mmoA