石英晶体器件选用指南.pdf

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1、石英晶体器件选用指南厦华电子研发中心薛元为了进一步降低开发成本、促进设计标准化以及便于公司物料管理，特编写此指南，以便各位设计师在后续的新品开发中选择适合产品的石英晶体器件。1概述石英晶体器件是现代电子元器件领域应用最广泛的基础元件之一，可广泛用于各种电子技术应用方面。它是用压电单晶石英（即水晶）制成的压电器件，不仅具有高度稳定的物理化学性能，而且弹性振动损耗极小。与其它电子器件相比，压电石英晶体还有着很高的频率稳定度和高Q值（高达数百万），其主要原材料人造石英水晶的价格又较低，这些十分突出的优点，使其成为稳定频率和选择频率的重要器件。我司目前主要使用的石英晶体器件主要包括了石英晶体谐振器（Q

2、uartzCrystalResonator）和石英晶体振荡器（QuartzCrystalOscillator）。2工作原理2.1压电效应若在石英晶片上施加机械压力，则在晶片相应的方向上会产生一定的电场，这种物理现象称为压电效应。反之，若在石英晶片两极加一电场，晶片会产生机械变形，继而产生频率振荡，这就是逆压电效应。晶振和钟振就是采用其逆压电效应制成的。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。因石英晶片在石英材料中的方位不同，电场设置不同，会产生不

3、同的振动模式，有长度伸缩振动，弯曲振动，面切变振动和厚度切变振动。在实际使用过程中，从适用频率范围、压电活力、频率温度特性以及加工难易程度等方面综合考虑，一般采用AT切型的厚度振动模式，BT切型厚度振动模式以及DT切型面切变振动模式，X+5°切型长度伸缩振动模式。2.2等效电路作为一个电气元件，晶体是由一选定的晶片，连同在石英上形成电场能够导电的电极及防护壳罩和内部支架装置所组成，其等效电路如图1所示。当晶片不振动时，可等效为一个平板电容C0，称为静电容；其值决定于晶片的几何尺寸和电极面积，一般约为几到几十皮法。当晶片振动时，机械振动的惯性等效为电感L，其值为几毫亨。晶片的弹性等效为电容C1，

4、其值仅为0.01到0.1pF，因此，C1<

5、于C1<fa时，电抗主要决定于C0，石英晶体又呈容性。因此，石英晶体电抗的频率特性如图1所示，只有在fr

6、感范围图3常用切型晶体的电感范围图4充有一个大气压气体（90%氮、10%氦）的气密晶体元件的频率、切型和电阻范围3器件分类3.1石英晶体谐振器石英晶体谐振器（下简称晶振）是无源器件，需要外围起振电路驱动其工作产生时钟输出。晶振没有电压的问题，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的，同样的晶振可以适用于多种不同时钟信号电压要求的电路，而且其价格通常也较低，因此对于一般的应用如果条件许可建议用晶振。晶振相对于石英晶体振荡器而言其缺陷是信号质量较差，通常需要精确匹配外围电路（用于信号匹配的电容、电感、电阻等），更换不同频率的晶体时周边配置电路需要做相应的调整。谐振器按封装一般分为插件和贴片

7、。插件中可分为HC‐49U（见图5）、HC‐49U/S（见图6）、UM‐1、UM‐5（见图7）及柱状晶体（见图8）等。HC‐49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。HC‐49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。柱状晶振按照体积分可分为Ф3mmx8mm，Ф2mmx6mm，Ф1mmx