《晶振基础知识》PPT课件

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1、晶振1.概述2.晶振的基本原理3.晶振的主要参数4.晶振的应用5.晶振的工艺6.晶振的制程控制7.晶振的测试方法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1.概述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。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

2、（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2.晶振的基本原理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

3、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

4、，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。2.2晶振的结构结构晶片：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

5、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。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，

6、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。3.晶体的主要参数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、500kHz、503.5kHz、1MHz～40.50MHz等，对于特殊要求的晶振频率可达到1000MHz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

7、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

8、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