晶振頻率標準的發(fā)展對于一個國家的經(jīng)濟、科學(xué)與技術(shù)、國防和社會安全有著非常重要的意義。由于制造、交通運輸、通訊與信息技術(shù)的不斷迅猛發(fā)展,對時間和頻率測量的準確度和精確度要求也越來越高。導(dǎo)航、定位、大地測量、天文觀測、網(wǎng)絡(luò)授時和同步以及電網(wǎng)故障檢測中都需要高穩(wěn)定度和準確度的晶振頻率標準。按照頻率標準的性能指標和應(yīng)用領(lǐng)域來劃分,可以將其分為一級頻率標準(銫原子頻標)二級頻率標準(包括銣原子頻標和高穩(wěn)石英晶體振蕩器)和其它頻率標準(包括除高穩(wěn)石英晶體振蕩器以外的其他石英晶體振蕩器)。表11列出了常用頻率標準的準確度.

在各種高精度的頻率標準中,氫钅鐘中、銫鐘等都具有很好的長期和短期穩(wěn)定度,但價格非常昂貴,一般用于國家授時實驗室,應(yīng)用范圍非常有限。雖然銣鐘和高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器等二級頻標的頻率穩(wěn)定度不如一級頻標,但價格低廉,體積較小,應(yīng)用范圍非常廣泛。它們被廣泛用于通信、計量、應(yīng)用電子技術(shù)、電子儀器、航空航天、雷達和因防軍工等各個領(lǐng)域,作為關(guān)鍵器件發(fā)揮著重要的作用。近年來由于通信業(yè)和軍工方面的發(fā)展和需求,我國精密石英晶體和原子頻率標準的需求也有了明顯的增長。

石英晶振頻率標準的三個基本技術(shù)指標是準確度、穩(wěn)定度和老化率。晶振頻率標準和計時的精確度會受到科技發(fā)展水平的限制。影響頻率穩(wěn)定度和準確度主要是溫度和老化,因此,國內(nèi)外正在投入大量精力研究修正這些影響。下面詳細介紹這三種技術(shù)指標

1.晶振頻率準確度

用來描述頻率標準輸出的實際頻率值與其標稱頻率值的相對偏差。因為受頻率標準內(nèi)在因素和外部環(huán)境(如溫度、濕度、壓力、震動等)的影響,實際石英晶振頻率值并不是固定不變的,而是在一定范圍內(nèi)有起伏的值。計算表達式如下:

式中A為頻率準確度;fX為實際頻率值;fO后為標稱頻率為了得到準確的fX,至少應(yīng)進行6次測量,采樣時間應(yīng)該選擇相應(yīng)的頻率穩(wěn)定度影響可以忽略時的時間間隔。一般選擇的采樣時間為10s,使得在該時間內(nèi)被測頻標的短期頻率穩(wěn)定度比其準確度高出一個數(shù)量級。

2.晶振頻率穩(wěn)定度

由于各種外界干擾,例如電子線路的熱噪聲,石英晶體諧振器內(nèi)固有噪聲,器件的老化,環(huán)境條件的變化等,都會使石英晶體振蕩器的輸出頻率相對于標稱值發(fā)生波動,這種波動代表了輸出頻率的不穩(wěn)定度。目前使用的頻率穩(wěn)定度表征有兩種。即:頻域表征一相對頻率起伏的功率譜密度,它表現(xiàn)為信號的頻譜不純;時域表征一阿侖方差,它表現(xiàn)為頻率平均值的隨機起伏。二者在數(shù)學(xué)上是一對傅氏變換,因而是等效的。

實際的阿侖方差計算公式為:

式中f和f,分別為第i和第i+1次測量的頻率值;后為被測頻率源的頻率標稱值, m為測量的次數(shù)。

3.晶振老化率的表征和測量

單位時間內(nèi)平均頻率的相對漂移量叫做漂移率。在石英晶體振蕩器中一般稱為老化率,而在原子頻標中一般稱為漂移率。大多數(shù)頻標經(jīng)過足夠的時間預(yù)熱后連續(xù)工作,在一段不太長的時間內(nèi)頻率的漂移呈現(xiàn)近似線性變化的特點。

老化率實用計算公式:

值;t為測量時序,i取1,2,3,…,N;fO為頻率源的標稱頻率;n為一天的取樣次數(shù)。

由于石英晶振頻率值隨時間的變化并不僅僅是線性的,石英晶體振蕩器往往是對數(shù)老化規(guī)律或倒數(shù)老化規(guī)律,所以從理論上講,每天測量的點數(shù)n越多越好。但是從實際測量和計算的方便來講,又希望n取得越少越好。通過大量的實驗,表明每天測量的次數(shù)n取兩次就可以了。經(jīng)簡化后,每天測量的次數(shù)n取兩次,測量H天的日老化率KDH的基本簡化公式可以寫為:

原子頻標的日漂移率遠遠小于石英晶體振蕩器,因此一般按月漂移率給出。由于漂移率呈線性規(guī)律,所以月漂移率可以用日漂移率來推算。也就是:

由于高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器的老化率從更長的時間刻度來觀察呈現(xiàn)了隨著加熱時間的延續(xù)越來越小的特點,所以國外在考察高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器的年老化率時常常是在日老化率的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)100。

晶振作為測量元件時的重要性能參數(shù)

石英晶振本身具有很多性能參數(shù),除了前面所提及的串聯(lián)諧振頻率、并聯(lián)諧振頻率外,還有制造公差、拐點溫度等,已經(jīng)有很多文獻對此作了論述但對于測量來說,選用石英晶體的重要原因是因為它的高頻穩(wěn)定性和極小的振幅。所以本文只對晶體的品質(zhì)因數(shù)、頻率一電流特性、頻率一溫度特性進行了論述。

  晶體的品質(zhì)因數(shù)Q是晶體的最重要參數(shù)。在一定程度上,當其他條件相同時,Q值越高晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高,石英晶振晶體的品質(zhì)因數(shù)Q是由晶體的動態(tài)參數(shù)決定的,即：

其中ω為測試系數(shù)。

晶振的品質(zhì)因數(shù)通常不作規(guī)定,對于標準部件,Q值通常在20000-200000之間,精密晶體可高達5×10°,這比傳統(tǒng)的微懸臂的Q值要高100-1000倍。

石英晶體諧振器的頻率一電流特性,就是激勵電平和諧振頻率的關(guān)系,它是由石英晶振的物理特性決定的。激勵電平通常以晶振的耗散的功率、流過晶振的電流以及晶振兩端的電壓來量度,晶振電流的變化使其串聯(lián)諧振頻率發(fā)生交化。石英晶振的諧振頻率相對變化與晶振電流的關(guān)系,可以用下面的近似關(guān)系表示：

其中D是振的電流常數(shù)

從上述關(guān)系式可以看出,當激勵電平增大時,產(chǎn)生了以下影響:(1)頻率產(chǎn)生了漂移,長期穩(wěn)定性變壞。石英晶振晶振的彈性常數(shù)發(fā)生了變化,因此引起了頻率的漂移,隨著晶振的激勵電流增高,晶振的頻率穩(wěn)定性顯著下降。(2)晶振溫度增加。當晶振的激勵電平過高時,使得石英貼片晶振被加熱到熱平衡的溫度也引起了頻率變化。(3)產(chǎn)生了寄生振蕩。(4)等效電阻加大。內(nèi)部分子運動加劇,使得等效電阻加大,Q值下降。

在實際測量中,當激勵電流過大時,石英貼片晶振振蕩的幅值過大,導(dǎo)致測量的精度下降,同時不易控制樣品表面與針尖之間的距離,所以一般不能采用較高的激勵電流。但是激勵電平也不能過小,否則由于噪聲電平的限制,使瞬態(tài)穩(wěn)定性變壞,這樣獲得的圖像質(zhì)量就比較差。

晶振的另外一個值得注意的參數(shù)是晶振的頻率一溫度特性,所謂晶振的頻率一溫度特性就是石英晶振的諧振器的頻率隨溫度變化而變化的特性。晶振的工作溫度變化時,晶格變形,從而使得其串聯(lián)諧振電路發(fā)生變化。石英晶體諧振器在溫度較窄的范圍中,具有較小的溫度系數(shù),這就是說頻率受溫度的變化的影響比較小。但隨著溫度變得較低(<50°C)和變得較大時(>80°C)時,石英諧振器的頻率隨著溫度的變化有較大的變化。在國外的文獻中已經(jīng)有報道將晶振放在真空、低溫、強磁場的環(huán)境下進行測量,這時晶振的頻率將與常溫時有

明顯的不同,而且石英晶體諧振器切型不同,晶振頻率的變化方向也不同,所以在實驗室應(yīng)該對測試溫度和環(huán)境加以控制。同時由于測試環(huán)境的變化,如何保持儀器的穩(wěn)定性, 也是一個值得注意的問題。

億金電子從事石英晶體行業(yè)十幾年,多年來誠信經(jīng)營,精益求精,為廣大用戶提供小尺寸,高精度,低價格晶振產(chǎn)品,并且免費提供晶振技術(shù)資料下載.億金電子晶振廠家同時代理日本臺灣歐美進口晶振品牌,KDS晶振,愛普生精工晶體,京瓷貼片晶振,TXC晶體,CTS晶振,IDT晶振,鴻星石英晶振,（SPXO晶振）普通晶體振蕩器,(TCXO晶振)溫補晶體振蕩器,(OCXO晶振)恒溫晶體振蕩器等.億金電子為品勝,奇瑞汽車,聯(lián)想電腦,中興華為等國內(nèi)多家知名企業(yè)頻率部件指定供應(yīng)商,產(chǎn)品廣泛用于航空,家居,機械,安防,電子,網(wǎng)絡(luò),通信等各種領(lǐng)域.

石英晶振主要用在電路中作穩(wěn)頻元件。為了克服傳統(tǒng)的掃描探針顯微鏡在應(yīng)用中的不足,本文采用石英晶振作為微力傳感器來取代傳統(tǒng)的微懸臂和位移檢測裝置。而石英晶振有兩個優(yōu)點：

1、壓電效應(yīng),從而使石英晶振免去了中間轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié),形成一個獨立的直接和即時的微力測量單元。

2、空氣中極高的品質(zhì)因素,從而使最小可測力梯度減小,傳感器的靈敏度提高。

2.1晶振作為測量元件的物理特性研究

石英晶體是六棱柱而兩端呈角錐形的結(jié)晶體,其化學(xué)成分是Si02,下圖所示是石英晶振晶體的坐標軸系：

通常將通過兩頂端的軸線稱為光軸(Z軸),與光軸垂直又通過晶體切面的六個角的三條軸線稱為電軸(X軸),與光軸垂直又和石英晶振晶體橫切面六邊形的六個邊垂直的三條軸線稱為機械軸(Y軸),X軸、Y軸、Z軸統(tǒng)稱為晶體的坐標軸系。在同一方向上,石英晶振晶體的性質(zhì)是完全相同的。

石英晶體是一種各向異性的晶體,它具有正壓電效應(yīng)。沿某一機械軸或者電軸施加壓力,則在垂直于這些軸的兩個表面上就產(chǎn)生了異號電荷,其值與機械壓力產(chǎn)生的機械形變成正比,若施以張力,則表面上的電荷與受壓時的符號相反。造成這種結(jié)果的原因是貼片晶振,石英晶振晶體的晶格在壓力下變形,導(dǎo)致電荷分布不均勻。石英晶體還具有逆壓電效應(yīng),如果在石英晶體兩個面之間加一電場,則晶體在電軸或機械軸方向上就會延伸或壓縮,延伸或壓縮量與電場強度成正比。

如果將石英晶體置于交變電場中,則在電場的作用下,貼片晶振晶體的體積會發(fā)生周期性的壓縮或拉伸的變化,這樣就形成了晶體的機械振動,晶體的振動頻率應(yīng)等于交變電場的頻率,在電路中也就是驅(qū)動電源的頻率。當石英晶體諧振器振動時,在它的兩表面產(chǎn)生交變電荷,結(jié)果在電路中出現(xiàn)了交變電流,這樣壓電效應(yīng)使得晶體具有了導(dǎo)電性,可以視之為一個電路元件。石英晶振晶體本身還具有固有振動頻率,此振動頻率決定于晶體的幾何尺寸、密度、彈性和泛音次數(shù),當石英晶振晶體,有源晶振的固有振動頻率和加于其上的交變電場的頻率相同時,晶體就會發(fā)生諧振,此時振動的幅值最大,同時壓電效應(yīng)在石英晶振晶體表面產(chǎn)生的電荷數(shù)量和壓電電導(dǎo)性也達最大,這樣石英晶體諧振器,石英晶振晶體的機械振動與外面的電場形成電壓諧振,這就是石英晶體作為振蕩器的理論基礎(chǔ)。

石英晶體的電氣特性可用圖中所示的等效電路圖來表示,由等效電阻R1、等效電感L1和等效電容C1組成的串聯(lián)諧振回路和靜態(tài)電容Co并聯(lián)組成,靜態(tài)電容C0主要由貼片晶振,有源晶振,石英晶體的尺寸與電極確定,再加上支架電容組成。等效電感L1和等效電容C1由切型、石英晶體片和電極的尺寸形狀來確定。等效電阻R1是決定石英晶振Q的主要因素,是直接影響石英晶體諧振器工作效果的一個重要參數(shù)。R1不僅由切型、石英晶體片形狀、尺寸、電極決定,而且加工條件、裝架方法等對其影響也很大。因此,同一型號,同一頻率的若干產(chǎn)品其Q值也相差很大。

在等效電路中,L1和C1組成串聯(lián)諧振電路,諧振頻率為:

通常石英晶體諧振器的阻抗頻率特性可用圖2.3表示。此處忽略了等效電阻R1的影響,由圖可見,當工作頻率f時,晶體呈容性;當工作頻率在f0與f之間時,晶體呈感性;當工作頻率f>f時,晶體又呈容性。晶體在晶體振蕩器主振蕩級的振蕩電路呈現(xiàn)感性,即工作頻率在f于f之間。

恒溫晶振(OCXO)介紹

恒溫晶體振蕩器OCXO( Oven Controlled Crystal Oscillator),是目前頻率穩(wěn)定度和精確度最高的石英晶體振蕩器。它在老化率、溫度穩(wěn)定性、長期穩(wěn)定度和短期穩(wěn)定度等方面的性能都非常好,作為精密的時頻信號源被廣泛用于全球定位系統(tǒng)通信、計量、頻譜及網(wǎng)絡(luò)分析儀等電子儀器中。目前,絕大多數(shù)高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器都采用了將晶體恒溫的方法,使用精密的恒溫控制槽,將槽內(nèi)溫度調(diào)節(jié)到晶體諧振器的零溫度系數(shù)點上。這樣,能最大限度地克服溫度對晶體振蕩器頻率的影響,被廣泛用作標準頻率源。恒溫晶體振蕩器包括以下幾個基本組成部分。

1.高精密的石英諧振器

石英諸振器是振蕩電路的核心元件。正確選擇切角是制作頻率溫度系數(shù)好的石英諧振器的必要條件,特別是在寬溫度范圍內(nèi)使用的石英晶體諧振器更是如此。目前恒溫晶體振蕩器中常用的石英諧振器有AT切和SC切兩種。它們具有頻率溫度系數(shù)小,Q值高,老化效應(yīng)小等特點。

2.穩(wěn)定的振蕩電路

由于恒溫晶體振蕩器要求頻率穩(wěn)定度高,除了在控溫電路方面要達到一定的控溫精度外,振蕩電路本身穩(wěn)定性也是起決定性作用的。恒溫晶體振蕩器中振蕩電路的基本功能就是把直流電能轉(zhuǎn)變成具有一定頻率、幅度且頻率高度穩(wěn)定的交流電能,這種轉(zhuǎn)換是在石英諧振器的參與下進行的。其中最突出的問題就是頻率的穩(wěn)定性。所以分析、設(shè)計振蕩電路都以此為前提。

3.結(jié)構(gòu)完善、溫控良好的精密恒溫箱

精密恒溫箱是由恒溫槽,溫度控制電路及其它輔助裝置組成的恒溫系統(tǒng)。在晶體振蕩器中,用來使石英諧振器和有關(guān)電路元件保持恒溫。其作用是把石英晶振,石英諧振器的溫度穩(wěn)定在石英諧振器的拐點溫度處,從而充分發(fā)揮拐點溫度附近石英諧振器的頻率溫度系數(shù)小的特性,使其得到合理使用。設(shè)計一個符合要求的恒溫槽和選擇一個性能良好的溫度控制電路對穩(wěn)定頻率起著舉足輕重的作用。因此一個高穩(wěn)定的晶體振蕩器,不但應(yīng)具有穩(wěn)定的振蕩電路,而且還必須有性能良好的恒溫箱來保證其頻率的穩(wěn)定,兩者缺一不可。隨著對晶體振蕩器穩(wěn)定度要求的逐步提高,對恒溫箱的控溫精度要求也越來越高,目前,頻率穩(wěn)定度在100~10量級的晶體振蕩器,其恒溫箱的溫度控制精度應(yīng)在0.001℃以內(nèi)。

隨著通信技術(shù)的不斷提高,對恒溫晶振的要求越來越高,使其不斷向著高精度與高穩(wěn)定化,低噪聲與高頻化、低功耗、快啟動、小型化方向發(fā)展。

晶振的相關(guān)數(shù)學(xué)定義

假設(shè)晶振輸出信號為正弦波,其數(shù)學(xué)模型可以表示為:

式中VO為標稱峰值輸出電壓,§(t)為幅度偏移,φ(t)為相位偏差,fr為標稱頻率。

瞬時頻率為:

相對頻率偏移為：

式中x(t)=為時間偏差,由式(2-7)可以得到：

瞬時頻率的常用公式為:

式中f(t)為t時刻的瞬時頻率值,fO為t=0時刻的頻率值,fr為標稱頻率,D(t)為頻率漂移率。

由式(2-7)和(2-9)可推導(dǎo)出:

式中,y為初始相對頻率偏差。

由式(2-8)和(2-10)可以得到:

式中,x為初始時間偏差,也叫做同步誤差。

一般性能比較好的石英晶振,日老化率近似為常數(shù),特別是對于OCXO晶振,在頻率保持模式下,我們只考慮老化對實際頻率的影響。很多晶振的老化指標用的是年老化率,如±0.05ppm( Part per Million),一般情況下我們可以近似得出日老化率, 大概為年老化率的百分之一。

假設(shè)晶振老化率為常數(shù),式(210)變?yōu)椋?/span>

其中當|Bt|<<1時,有ln(Bt+1)→Br,式(2-17)變?yōu)槭?/span>(2-12)的形式:

y(t)=C+ ABt                              式(2-18)

圖2.4給出了典型的老化率數(shù)學(xué)模型?？梢钥闯?b>石英晶振的老化率可以為正數(shù)可以為負數(shù),也可能會產(chǎn)生圖中曲線y3(t)的情況。圖2.5為銣原子頻標的老化曲線,由于測試曲線的后半段存在參考和被測之間因漂移方向相同的現(xiàn)象,從而導(dǎo)致漂移問題不是很明顯。

式中,do、d為正數(shù),參數(shù)aj(n),j=1,2,…,M由當前數(shù)據(jù)輸入和上次數(shù)據(jù)輸出迭代估計得到,價值函數(shù)為

通過最小化價值函數(shù),可以得到參數(shù)a,(n),j=1,2,…,M,得到t(n)時刻的ao a1…aM后,t(n+l)時刻的相對頻率偏差預(yù)測值為:

系列實驗表明,估計性能對d0、d和M的取值不是很敏感,建議取值為d=1~05d(M-1),d=0.1~1.0,M=5~10。加權(quán)對數(shù)函數(shù)模型的缺點是計算比較復(fù)雜。

2.2.4晶振的頻率溫度特性

除過老化的影響,溫度也是影響頻率變化的主要因素,而不同切型的晶體的頻率一溫度特性是不一樣的,一般AT切基頻晶體的頻率一溫度變化關(guān)系都是三次曲線,存在若干個零溫度系數(shù)點,如圖2.6所示。

因此對其進行溫度補償時要采用具有非線性函數(shù)擬合能力的數(shù)學(xué)模型。然而由于OCXO恒溫晶振中一般采用SC切晶體,雖然其頻率一溫度變化曲線也是非線性的, 但是其頻率一溫度穩(wěn)定度在寬溫度范圍內(nèi)較AT切晶體有很大改善,并且由于它將石英晶體、振蕩電路以及部分其它線路置于精密恒溫槽中,恒溫槽的工作溫度選擇在所用晶體的零溫度系數(shù)點處,因此OCXO恒溫晶振的頻率溫度系數(shù)非常小。當恒溫槽的工作溫度波動被控制在很小范圍內(nèi)時,如優(yōu)于百分之一攝氏度時,其頻率溫度變化也可以被限制在很小的范圍內(nèi),而且正是由于這種恒溫作用,其頻率溫度變化曲線非常接近于線性。所以對OCXO恒溫晶振的頻率溫度變化的預(yù)測可以采用線性數(shù)學(xué)模型, 而Kalman濾波算法正是一種較好的線性模型估計器,因此用它來擬合OCXO恒溫晶振的頻率溫度特性曲線是合適的。

石英晶振是高端智能產(chǎn)品不可或缺的一種頻率元件,主要為時鐘電路提供信號頻率.晶振根據(jù)市場不同需求分IDP晶振和SMD晶振,并且從過去的8045晶振大體積到現(xiàn)在的1612晶振,在不斷改小的石英貼片晶振,符合如智能產(chǎn)品對于小型化的追求.億金電子從事石英晶體行業(yè)十幾年,多年來誠信經(jīng)營,精益求精,為廣大用戶提供小尺寸,高精度,低價格晶振產(chǎn)品,并且免費提供晶振技術(shù)資料下載.以下為億金電子技術(shù)工程支招,如何更好的管理石英晶振質(zhì)量以加強晶振的可靠性.

1.質(zhì)量與可靠性

眾所周知,質(zhì)量是石英晶振,貼片晶振的生命,因此,人們十分重視晶振的質(zhì)量。為了全面刻畫產(chǎn)品質(zhì)量,人們從不同側(cè)面提出了眾多質(zhì)量指標,這些質(zhì)量指標形成了產(chǎn)品質(zhì)量指標體系。按照石英晶振,貼片晶振產(chǎn)品質(zhì)量指標的屬性對其進行分類,這些質(zhì)量指標可分為性能指標、可靠性指標、安全性指標、適應(yīng)性指標和經(jīng)濟性指標等,如電視機有很多表示圖像清晰程度、音質(zhì)是否優(yōu)美等質(zhì)量指標,這些指標都是聲表面濾波器,石英晶振,貼片晶振,石英晶體諧振器等電子元件在性能方面的指標。也就是完成規(guī)定功能能力的指標。產(chǎn)品的可靠性指標反映了產(chǎn)品保持其性能指標的能力.如在電視機出廠時其各項性能指標檢驗是合格的,那么,3000小時后電視機是否仍保持出廠時各項性能指標呢,這是用戶十分關(guān)心的問題,為了說明產(chǎn)品保持其性能指標的能力,就必須向用戶提供有關(guān)該貼片石英晶振產(chǎn)品的可靠性指標,如平均壽命、可靠度等。

由此可見,可靠性也是產(chǎn)品質(zhì)量指標的一個重要方面,他強調(diào)的是產(chǎn)品的質(zhì)量指標和時間發(fā)展之間的關(guān)系,人們在使用產(chǎn)品時,使用產(chǎn)品的次數(shù)不是一定的這就要求了與時間有關(guān)的質(zhì)量指標,也就是可靠性達到人們的需求,質(zhì)量與可靠性水平俱佳的晶振才是真正的好產(chǎn)品。因此,質(zhì)量與可靠性是相輔相成的,缺一不可的。

2.質(zhì)量管理與可靠性管理

很多企業(yè)認為分不清質(zhì)量管理與可靠性管理的區(qū)別,他們認為可靠性管理就是質(zhì)量管理,可靠性管理應(yīng)有質(zhì)量部門來負責(zé),其他部門沒有可靠性管理的責(zé)任, 這樣的認識是錯誤的。

目前很多企業(yè)都對質(zhì)量管理非常的重視,認識到了質(zhì)量管理的重要性,也運用可很多質(zhì)量管理方法來保證使用晶體振蕩器,石英貼片晶振的質(zhì)量,大部分企業(yè)都通過了ISO9001質(zhì)量管理體系認證,企業(yè)的質(zhì)量管理水平也都比較高?？梢哉f,絕大部分行業(yè),只要質(zhì)量管理水平提上去了,就可以滿足企業(yè)發(fā)展的需要。但在某些領(lǐng)域,比如航空航天、衛(wèi)星通訊、無線電傳輸、軍事裝備制造等領(lǐng)域,僅僅依靠質(zhì)量管理是不夠的。如果想達到對石英晶振,貼片晶振可靠性要求,那么一定要運用可靠性管理來幫助企業(yè)來提升石英晶振,貼片晶振的可靠性。

質(zhì)量管理與可靠性管理既有聯(lián)系又有區(qū)別,在企業(yè)進行可靠性管理之前, 定要分清楚質(zhì)量管理與可靠性管理之間的區(qū)別,可靠性可以看作是質(zhì)量特性中的個重要指標?？煽啃怨芾砜梢援斪髻|(zhì)量管理的深層次的管理活動,它有著很多不同于質(zhì)量管理的特點。質(zhì)量管理相對側(cè)重于產(chǎn)品的生產(chǎn)階段,強調(diào)對貼片晶振,石英晶體振蕩器,石英晶振的生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。而可靠性管理是對產(chǎn)品實現(xiàn)全階段的可靠性管理,在設(shè)計階段強調(diào)可靠性預(yù)計、可靠性分配等預(yù)測可靠性的方法,在生產(chǎn)階段則在質(zhì)量控制

基礎(chǔ)上進行進一步的可靠性要求,在維護階段也要保證貼片晶振,石英晶振可靠性的實現(xiàn),質(zhì)量管理與可靠性管理的區(qū)別聯(lián)系如表2-1。

表2-1質(zhì)量管理與可靠性管理的區(qū)別聯(lián)系

科技的發(fā)展讓電子元器件的市場不斷上漲增值，加大電子元器件使用量的同時對其功能性以及尺寸等方面也有了諸多要求。比如石英晶振，貼片晶振，石英晶體振蕩器，滿足市場需求從大體積8045晶振到1612晶振，尺寸改小了，技術(shù)加強，使用性能也提高了不少，在高端智能產(chǎn)品中具有低功耗，高穩(wěn)定精度，重量輕等優(yōu)勢特點。億金電子技術(shù)工程師下面給大家介紹石英晶振的可靠性質(zhì)以及設(shè)計分析報告。

A型石英晶振的組成

A型石英晶振結(jié)構(gòu)比較簡單,由底座、PCB電路板、元器件、晶體、外殼五部分組成,根據(jù)這些零部件的功能分析,可以得到A型晶振的可靠性框圖, 可靠性框圖見圖3-4

4.22A型石英晶振的可靠性要求

A型石英晶振的可靠性指標要求如下:

(1)石英晶振在工作n年內(nèi)不發(fā)生致命故障

(2)石英晶振n年內(nèi)總的工作時間不低于:t=n×365×24。

(3)石英晶振的可靠度為0.95:即Rs=0.95。

4.2.3A型石英晶振的可靠度計算

可靠度是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi),能正常完成規(guī)定功能的概率,通常用R表示。根據(jù)對A型石英晶振的結(jié)構(gòu)分析,可以看出A型石英晶振為串聯(lián)結(jié)構(gòu),可靠度計算公式如下:

RS=R1×R2×R3×…·×Rn                       公式(4-1)

A型石英晶振由四部分組成:底座、電路板、元器件、晶體、外殼。A型石英晶振可靠度計算公式如下:

RS=R1×R2×R3×R4×R5                  公式(4-2)

式中:R、R2、R3、R4、R5分別代表底座、電路板、晶體、元器件、外殼的可靠度。

4.24A型石英晶振的可靠性預(yù)計

可靠性預(yù)計,顧名思義指的是對石英晶振產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下進行可靠行估計也就是根據(jù)類似產(chǎn)品的經(jīng)驗數(shù)據(jù)或組成該產(chǎn)品的各單元的可靠性數(shù)據(jù),對石英晶振產(chǎn)品給定工作或非工作條件下的可靠性參數(shù)進行估算。

可靠性預(yù)計的意義主要有:

(1)為產(chǎn)品設(shè)計階段的可靠性設(shè)計提供依據(jù)

(2)為產(chǎn)品的維護階段提供有價值的信息。

3)站在可靠性設(shè)計的角度,篩選設(shè)計方案,尋找最佳設(shè)計方案。

(4)為改進設(shè)計方案提供理論支持。

可靠性預(yù)計的方法主要有上下限法、元件計數(shù)法、相似產(chǎn)品法、應(yīng)力分析法評分法、故障率預(yù)計法、性能參數(shù)預(yù)計法。根據(jù)W公司實際情況,本文采用應(yīng)力分析法對石英晶振進行可靠性預(yù)計。因為A型石英貼片晶振的主要部件的故障率均可通過供應(yīng)商得到,所以本文采用應(yīng)力分析法。采用GJB/Z299C-2006預(yù)計手冊。故障率預(yù)計法的計算公式為:

4.2.5A型石英貼片晶振的可靠性分配

石英晶振可靠性分配指的是將整個系統(tǒng)的可靠性指標分配給各個組成部分,是將可靠性指標總整體到局部,從上到下進行分配的過程。可靠性分配有以下意義:將石英貼片晶振產(chǎn)品的整體可靠性指標進行分配,分配到產(chǎn)品的下級組成部分,可以使每個組成分的可靠性設(shè)計指標更加準確細致,便于可靠性設(shè)計人員進行分析。

貼片晶振可靠性分配方法主要有 AGREE分配法、拉格朗日乘數(shù)法、比例分配法、評分分配法、復(fù)雜度分配法、動態(tài)規(guī)劃法、重要度法、直接尋查法。

本文采用 AGREE分配法對A型石英晶振進行可靠性分配, AGREE分配法將整體的每一個組成單元的復(fù)雜度和重要度納入到可靠性分配中。 AGREE方法的核心是:失效率的分配和整體的各個組成單元的重要度和復(fù)雜度有關(guān),組成單元越重要,分配的失效度就應(yīng)該越高。相反,組成單元的重要度越高,分配的失效度就應(yīng)該有所減少。也就是說,分配給每個組成單元的失效度是加權(quán)的,加權(quán)因子C與組成單元復(fù)雜度成正比,與組成單元的重要度成反比。

單元或子系統(tǒng)的復(fù)雜度的定義為單元中所含的重要零件、組件(其失效會引起單元失效)的數(shù)目Ni(i=1,2.n)與系統(tǒng)中重要零、組件的總數(shù)N之比,即第i個單元的復(fù)雜度為：

假定設(shè)備的壽命符合指數(shù)分布,則可靠度為:

單元或子系統(tǒng)的重要度的定義為該單元的失效而引起的系統(tǒng)失效的概率。其表示為考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示為考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示為：

考慮裝置的重要度之后,把系統(tǒng)變成一個等效的串聯(lián)系統(tǒng),則系統(tǒng)的可靠度Rs可以表示：

式中：

Wi —為系統(tǒng)的失效率

Ki —產(chǎn)為單元的復(fù)雜度

石英晶振的頻率是出石英品片的厚度以及電極膜的厚度決定的,為此,當調(diào)整此厚度就可以調(diào)整石英晶振的頻率。石英晶振的制作過程是先將石英晶片從石英晶體上按一定角度切下,然后按一定尺寸進行研磨,接著在晶振晶片兩面涂覆金屬電極層,此時與目標頻率相差2000ppm~3000p0m,每個電極層與管腳相連與周圍的電子元器件組成振蕩電路,隨后進行頻率微調(diào),使其與目標頻率的差可以減少到2ppm以下。最后加上封裝外殼就完成了。

石英晶振的頻率微調(diào)是對每個石英晶振邊測頻率,邊調(diào)整電極膜的厚度。使頻率改變,達到或接近目標頻率。電極膜厚的調(diào)整方法主要有兩種,真空蒸著法和離子束刻蝕法。

真空蒸著法是在石英晶片的電極膜上用加熱蒸著的辦法繼續(xù)增加電極膜的厚度, 達到調(diào)整頻率的目的。這種方法結(jié)構(gòu)簡單,易于控制。缺點是在石英貼片晶振晶片表面產(chǎn)生多層電極膜,并且密著度會變差,當石英晶振小型化時,會使原來的電極膜和調(diào)整膜的位置發(fā)生偏移,使石英晶振的電氣性能降低.

離子刻蝕頻率微調(diào)法,是用離子束將電極膜打簿,調(diào)整石英晶振的頻率。因此,不會產(chǎn)生多層電極膜,也不會有電極膜和調(diào)整膜的位置偏移,石英晶振的電氣性能也不會降低。

國際知名品牌KYOCERA晶振（簡稱KSS晶振）,所有的生產(chǎn)線都具備順應(yīng)時代變化的速度感,通過融合集團的獨特技術(shù),進一步積極創(chuàng)造新產(chǎn)品、開拓新市場.為了回應(yīng)客戶的期待,京瓷晶體振蕩器,有源晶振,溫補晶振,石英晶振 ,壓控振蕩器,在價格、質(zhì)量、服務(wù)等所有方面都滲透“客戶第一”的理念,不斷為全球市場奉獻新價值.

 日本京都陶瓷晶振集團是一家追求哲學(xué)的電子元器件制造商,所有企業(yè)社會責(zé)任活動都是立于哲學(xué)的基礎(chǔ)上,在節(jié)能與環(huán)保方面出了很大精力和資金.為表彰京瓷晶振公司做出努力和有效的結(jié)果,連續(xù)6年在日本環(huán)境部獲得全球暖化預(yù)防活動獎,使京瓷公司晶振產(chǎn)品的無鉛化更深入人心.由于受到政府的扶持,京瓷集團旗下生產(chǎn)的石英晶振,陶瓷晶振,插件晶振,貼片晶振,有源晶振,溫補晶振,XO晶振等產(chǎn)品,迅速在全球范圍內(nèi)增加大批新客戶,持續(xù)全球化的影響力.

    石英晶體振蕩器是一種最普通的有源晶振,有SPXO也有XO系列,英文簡稱是OSC.日本京瓷集團制造的晶體振蕩器,在很多生產(chǎn)廠家們的眼里,都是高端晶振的代表,最明顯的優(yōu)勢是封裝尺寸小,而且比較薄,重量輕,很適合現(xiàn)在的高級電子和智能電子產(chǎn)品使用.尤其是當2016有源晶振出現(xiàn)后,更讓京瓷公司的名聲大振,帶來源源不斷的客戶,口碑更上一層樓.

京瓷晶振,NDK晶振,精工晶振,愛普生晶振,KDS晶振等都是日本在國內(nèi)使用比較多的品牌.億金電子滿足市場需求,代理日本進口晶振,封裝尺寸繁多,全新原裝,價格優(yōu)勢.京瓷晶振具有體積小,精度穩(wěn)定,厚度薄等特點,產(chǎn)品均采用IS09002質(zhì)量管理體系進行生產(chǎn),符合歐美ROHS環(huán)保要求.

      Ecliptek日蝕晶振公司成立于1987年,是一家石英晶振晶體,貼片晶振頻率元件控制市場上公認的領(lǐng)導(dǎo)者.日蝕晶振公司擁有先進的產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)使我們能夠為客戶提供最好的石英晶體,貼片晶振,石英水晶和有源晶振,石英晶體振蕩器,貼片振蕩器產(chǎn)品.

      美國日蝕晶振在行業(yè)也具備了一定的知名度,日蝕晶振公司擁有先進的產(chǎn)品和領(lǐng)先的技術(shù)使我們能夠為客戶提供最好的石英晶體,貼片晶振,32.768K晶振和有源晶振,石英晶體振蕩器,貼片振蕩器產(chǎn)品.

      對于目前的市場上來說,小體積的產(chǎn)品才是主打產(chǎn)品,也是各領(lǐng)域中需求量較多的貼片晶振,小體積的產(chǎn)品具備更高的穩(wěn)定性和可靠性能,E4WSDC12-32.768K晶振、E8WSDC12-32.768K晶振等以上表格所有產(chǎn)品,均為目前市場上最小體積的32.768K晶振,該系列產(chǎn)品體積小型,厚度薄,重量輕,均符合歐盟ROHS標準,滿足無鉛高溫回流焊接曲線要求.32.768K時鐘晶振主要使用于時鐘產(chǎn)品等領(lǐng)域,其他產(chǎn)品看是否匹配.

晶振英文名為Crystal,它是時鐘電路中最重要的部件,它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準頻率,它就像個標尺,工作頻率不穩(wěn)定會造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定,自然容易出現(xiàn)問題.由于制造工藝不斷提高,現(xiàn)在石英晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標都很好,已不容易出現(xiàn)故障,但在選用時仍可留意一下晶振的質(zhì)量.

有源晶振是采用石英晶體的振蕩器,它的精度很高,而且能產(chǎn)生非常穩(wěn)定的頻率,穩(wěn)定性也要好于分立元件式振蕩器.在作用上來看,可以說晶振是各板卡的“心跳”發(fā)生器,人的“心跳”如果亂了就會生病,同樣,如果電腦板卡的“心跳”亂了同樣會出現(xiàn)各種怪故障.