振蕩器的基本結(jié)構(gòu)包括兩個元件-放大器和頻率選擇器網(wǎng)絡.為系統(tǒng)計時有兩種方法：完全使用集成晶體振蕩器,或直接配合晶體使用片內(nèi)振蕩器.使用XO傾向于增加功耗和系統(tǒng)成本.通過將石英晶體與嵌入式皮爾斯相匹配MCU內(nèi)部的振蕩電路,系統(tǒng)電源消費和成本降低.

大多數(shù)嵌入式振蕩器電路都使用皮爾斯振蕩器,一種由a組成的配置簡單的逆變器放大器作為反相增益元件循環(huán)內(nèi).在大多數(shù)情況下,放大器單元是MCU的內(nèi)部并且頻率選擇性網(wǎng)絡在外部MCU.外部網(wǎng)絡中的關(guān)鍵組件是石英晶體.相關(guān)的回路電容器和一系列（限流）電阻（Rs）也被使用.

老化作為長期穩(wěn)定性是石英晶體諧振器,應力和廢氣的最重要特征之一作出重大貢獻.TXC晶振研究了不同安裝類型條件下的老化頻率漂移機制和分析老化溫度.結(jié)果表明,在兩個℃點和兩個點的溫度下,85的老化頻率漂移四點式石英芯片類似;然而,在150℃老化的兩點安裝下的穩(wěn)定性能諧振器比四點安裝諧振器要好得多.主要原因是兩點安裝的老化曲線諧振器是一個集成的老化曲線,因為排氣和應力的影響很好地平衡,這是由IVA支持的測試.

一、介紹

隨著石英晶體諧振器的廣泛應用（XTAL諧振器）在移動電話和汽車和甚至伴隨著尺寸小型化,長期石英晶體諧振器的頻率穩(wěn)定性是被確定為最重要的特征,具有已經(jīng)研究了幾十年.老化通常定義為頻率漂移的時間函數(shù),可以是受到許多因素的影響,如壓力,排出氣體從包裝和導電膠,污染,石英缺陷.特別是應力消除和污染被認為是最重要的,被分析由Gehrke和Klawitter[1].對于石英晶體諧振器,2ppm在25℃的商業(yè)應用和每年25℃至5ppm通常使用汽車25℃每年3ppm對于規(guī)格.因此許多相關(guān)主題是例如,研究了幾何變化的影響老化的安裝點[2]和實驗結(jié)果AT切割諧振器的老化.其中,三個典型的老化類型在J.R.Vig和T.R.的研究中提出.米克爾[3]：由壓力主導的積極老齡化,負質(zhì)量老化主要受質(zhì)量負荷效應的影響由壓力和質(zhì)量決定的集成老化加載效果.如今,壓力不可能是直接的使用有效的方法或設備檢測,但通過內(nèi)部蒸汽分析（IVA,可以測量）廢氣測試）可以幫助確保排氣如何影響老化.

億金電子專業(yè)生產(chǎn)銷售晶振晶體,陶瓷諧振器,為了更好的服務廣大用戶,每天更新新聞動態(tài),免費提供技術(shù)資料,讓大家第一時間掌握最新資訊.以下是有關(guān)村田陶瓷諧振器壓電振動模式控制應用研究.

壓電振動模式控制及其在無鉛壓電陶瓷中的應用研究

壓電陶瓷廣泛用于諧振裝置應用,例如信號處理濾波器和諧振器,致動器和發(fā)聲器應用,其中電信號被轉(zhuǎn)換成機械位移,振動或聲音,以及傳感器應用,其中機械沖擊或應力被轉(zhuǎn)換成電信號.控制在壓電體內(nèi)部傳播的彈性振動波的行為對于電信號和機械信號的這種轉(zhuǎn)換是重要的.

壓電陶瓷的極化結(jié)構(gòu)和晶粒結(jié)構(gòu)的某些設計使得能夠獲得以前不可能的獨特特征.本文基于陶瓷雙層技術(shù)的壓電陶瓷極化結(jié)構(gòu)設計,提出了一種能量俘獲現(xiàn)象(彈性振動集中在電極區(qū)域的現(xiàn)象).

Poling結(jié)構(gòu)設計對厚度延伸模式的能量俘獲

厚度延伸振動的基本振動模式和奇數(shù)次諧波模式與厚度剪切振動的偶數(shù)次諧波模式耦合.厚度延伸振動的基波模式(TE1模式)與厚度剪切振動(TS2模式)的二階諧波模式耦合.因為TE1模式和TS2模式的共振頻率彼此接近,所以波數(shù)和晶振頻率具有這樣的關(guān)系(色散關(guān)系),其中由于材料的彈性特性的不同,它們彼此施加強烈的影響.如果各向同性介質(zhì)中的泊松比小于1/3,則TE1模式的共振頻率將小于TS2模式的共振頻率.

具有熱穩(wěn)定特性的壓電陶瓷晶振如鈦酸鉛顯示出這種分散關(guān)系.圖1中的虛線表示形成電極的區(qū)域的頻率變化.另外,在圖1中,縱軸右側(cè)的波數(shù)是實數(shù),左側(cè)的波數(shù)是虛數(shù).波數(shù)的虛數(shù)值意味著不傳播振動波.看一下TE1模式的電極區(qū)域(虛線)和非電極區(qū)域(實線)的色散關(guān)系,沒有電極區(qū)域是實數(shù)的頻率,非電極區(qū)域變成虛數(shù)的頻率數(shù).

村田制作所建立了從原材料到成品的綜合生產(chǎn)體系,不斷開發(fā)和積累基礎技術(shù)基礎,如材料技術(shù),前端工藝技術(shù),產(chǎn)品設計技術(shù),后端工藝技術(shù)和分析技術(shù).村田晶振集團還致力于通過與外部合作伙伴積極合作以及開發(fā)預測未來的核心技術(shù)和產(chǎn)品來創(chuàng)造新的市場和創(chuàng)新.以下所介紹到的是muRata的材料技術(shù)以及前端工藝技術(shù)介紹.

材料技術(shù)

“新的電子設備從新的電子元件開始; 新的電子元件從新材料開始......“基于這個概念,村田制作所創(chuàng)造了具有突出特性的功能陶瓷材料.我們通過開發(fā)新材料不斷進一步推進我們的技術(shù),使我們的陶瓷諧振器,陶瓷元件具有更好的特性.

晶振晶體幾乎應用于現(xiàn)代通信設備中,如收發(fā)器,電話,傳真,數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字設備,無線電和電視發(fā)射機,雷達和聲納設備,以及數(shù)據(jù)處理設備和時間片,尤其是微處理器的精確時序.對于所有這些應用,利用晶振在某些條件下以極其恒定的頻率振蕩的固有特性.例如,手表中的石英晶體可以精確地以32.768K（每秒周期）振蕩.借助于電子電路,這些振蕩在手表的情況下非常精確地控制顯示機構(gòu).

那么晶振制造最為關(guān)鍵的四個步驟須知是哪些呢？億金電子下面給大家介紹下晶振晶體制造步驟概要.晶振制造最為關(guān)鍵的四個步驟可分為：切割, 研磨, 整理和 質(zhì)量控制.

A.切割

切割操作是在石英晶棒上進行的第一個過程.用特殊的切片機將棒切成尺寸為1.27mmx1.27mmx0.04mm的小方形晶棒.切割晶棒的角度對于成品晶體的整體性能非常重要.特殊的X射線單元用于確保相對于原子平面的適當切割角度.

B.研磨

從“母石”切下的石英晶片,稱為“空白”,現(xiàn)在經(jīng)過研磨精密研磨機.當石英晶體被研磨時,首先在一臺機器上,然后在另一臺機器上,實現(xiàn)在坯料主表面上逐漸更精細的光潔度.由于研磨操作減小了坯料的厚度,晶體的頻率增加.對研磨機的適當控制將導致產(chǎn)生具有極其精確頻率的晶體.

C.整理

在將石英坯料研磨至將產(chǎn)生所需頻率的厚度之后,將它們徹底清潔并將金屬電極真空沉積在它們的兩個主面上.電極拾取存在于石英晶振晶體表面上的電脈沖并將它們引導至彈簧.反過來,彈簧拾取電脈沖,此外,還有助于將晶體支撐在其安裝基座上.

安裝晶體后進行最終頻率調(diào)整.在每個晶體上真空沉積附加金屬.最后一步是通過將金屬罐焊接到其底部來密封晶體,以保護易碎的坯料免受濕氣,空氣,處理等的損害.

D.質(zhì)量控制

在過程質(zhì)量控制中,在各種制造步驟中,確定有利的晶振產(chǎn)量.在完成的裝置之前,它們在質(zhì)量控制站進行徹底測試,在最低-55攝氏度到125攝氏度的溫度范圍內(nèi),最重要的是注意穩(wěn)定的晶體頻率.檢查晶體的“活性”,因為它表明晶體振動的強度,并且進行“泄漏測試”以確保晶體與其環(huán)境密封,以防止單元的劣化.

   切削方向,振動模式和頻率范圍之間的關(guān)系

    石英晶體振蕩器的等效電路
   晶體單元可以由電感,電容和電阻的串聯(lián)電路表示,以及電氣等效電路,其中電容與其并聯(lián)連接,如下圖所示,靠近其主諧振頻率.
   這里,C0是在端子之間添加雜散電容的電極之間的電容,并且通常被稱為并聯(lián)電容.
   L1和C1是作為機電振動系統(tǒng)的石英晶體振蕩器的等效常數(shù),并且由切割類型,切割角度,石英片的外部尺寸,電極結(jié)構(gòu)等確定,它可以制造.
   R1表示振動損失,這取決于諸如換能器處理方法,存儲方法和幾何形狀的條件.
   L1稱為等效串聯(lián)電感,C1稱為等效串聯(lián)電容,R1稱為等效串聯(lián)電阻.

   ECS晶振是美國知名晶體元件制造商,一直以來為廣大用戶創(chuàng)造了大量優(yōu)異的晶振產(chǎn)品,從陶瓷諧振器到有源晶體振蕩器,各種規(guī)格的晶振晶體滿足市場需求.ECS有源晶振從小體積2016mm~7050mm晶振,頻率范圍寬廣,精度穩(wěn)定,性能強.

   以上為西迪斯2520有源晶振編碼, 不同的型號代表了不同的晶振參數(shù),對應的20MHZ晶振頻率,采用小體積2.5x2.0x0.9mm封裝,為HCMOS輸出方式,具有低電源電壓可供1.8V/2.5V/3.3V等多種選擇.

    美國ECS晶振成立于至今超過40年,積累了豐富的專業(yè)知識,多年的生產(chǎn)經(jīng)驗,為廣大用戶選擇使用ECS Crystal提供了強有力的保障.所生產(chǎn)的石英晶振,貼片晶振均選用符合無鉛無害的環(huán)保材料,并且獲得ISO9001和ISO14001認證.具有高穩(wěn)定性,高可靠使用特性,獲得廣大用戶一致認可.

Q-Tech的振蕩器老化方法導致精密制造方法和在商業(yè)領(lǐng)域無與倫比的實質(zhì)性測試和性能監(jiān)控.實現(xiàn)Q-Tech晶振依靠設計傳統(tǒng)和專業(yè)知識,確保我們的設計所需的準確性和精確度在電氣工程中加上內(nèi)部制造.所有Q-Tech晶體振蕩器都是在嚴格的潔凈室污染控制下在美國現(xiàn)場制造.后振蕩器組裝完成后,Q-Tech能夠按照MILPRF-38534和MIL-PRF-55310進行幾乎所有內(nèi)部測試,用于B/H級和S/K級.測試變得非常對于振蕩器老化特性至關(guān)重要的應用非常重要.Q-Tech晶振測試使用單度掃描方法在整個工作溫度范圍內(nèi)的所有器件增量. 可以在下面找到測試樣本列表：

所有Q-Tech B類振蕩器的100％測試：

A組,電氣測試：電源電壓,輸入電流,輸出波形,輸出電壓功率,上升和下降時間,占空比和啟動時間（根據(jù)需要）

頻率-Q-Tech晶振溫度穩(wěn)定性：參考時的初始準確度溫度,初始頻率-溫度精度和頻率-溫度公差

頻率電壓容差：輸出頻率是在何時測量的振蕩器電源電壓調(diào)整到其指定的標稱值,直到其最大值/最低價值

過電壓不存在：過電壓比最大值高20％規(guī)定

視覺和機械：驗證材料,設計,施工,工藝,物理尺寸和標記,按照MIL-PRF-55310

符合MIL-STD-202的方法208的可焊性測試

B組,老化測試：Q-Tech晶體振蕩器在烤箱中通電連續(xù)30天,70ºC±3ºC.輸出頻率在最大72小時的間隔內(nèi)測量,按照MIL-PRF-55310

在所有Q-Tech B類振蕩器類型的基礎上進行的測試：

C組

根據(jù)MILPRF-55310,MIL-STD-202,方法204的非振動（正弦）振動

按MIL-STD-202,方法213（非操作）進行沖擊（指定脈沖）

按MIL-STD-202,方法107進行熱沖擊

符合MIL-STD-202,方法105的環(huán)境壓力（運行和非運行）,和MIL-PRF-55310

符合MIL-PRF-55310的存儲溫度

按照MIL-STD-202,方法210對焊接熱量的抵抗力

符合MIL-STD-202的防潮性,方法106

按照MIL-STD-883進行鹽霧化,方法1009

符合MIL-STD-202的終端強度,方法211

按照MIL-STD-202,方法215對溶劑的耐受性

品質(zhì)差異與傳承

除了強大的高可靠性方法設計和制造每個Q-Tech晶振,晶體振蕩器,強大的質(zhì)量管理體系是許多潛在風險的重要緩解與商業(yè)零件發(fā)生的情況.Q-Tech晶振獲得AS9100C和ISO9001：2008認證,并遵守過程驅(qū)動和配置控制的質(zhì)量方法的租戶.

Q-Tech保持每個人使用的所有組件和材料的完全可追溯性振蕩器配備專門的來電檢查團隊,對所有部件進行監(jiān)控.操作員,檢查員和裝配人員接受過全面修訂和控制程序的培訓記錄控制,Q-Tech石英晶振,貼片晶振根據(jù)AS9100定期進行監(jiān)督審核要求.此外,Q-Tech員工專門制定了強大的防偽計劃直接從制造商或授權(quán)經(jīng)銷商處購買組件.

這個,加上所有批次的來料檢驗,為客戶提供每個部件的保證由Q-Tech生產(chǎn)的石英晶振晶體產(chǎn)品符合與購買的零件相同的嚴格要求過去或?qū)?/span>,允許Q-Tech晶振集團自豪地提供一個首屈一指的反過時計劃振蕩器行業(yè).相比之下,COTS振蕩器幾乎總是建在亞洲,通常是中國,并且每次采購時都可能來自不同的工廠,甚至可能來自不同的工廠內(nèi)部電氣設計.即使從美國購買COTS零件,這通常也是如此公司擁有美國品牌.

現(xiàn)代電路和通信精確計時的本質(zhì)在過去四年中,環(huán)境有助于塑造高可靠性的晶體振蕩器市場幾十年的Q-Tech晶振生產(chǎn)銷售業(yè)務.隨著程序?qū)煽啃院托阅艿囊蟮奶岣咴絹碓絿栏?/span>,有源晶振和晶體振蕩器質(zhì)量的重要性比今天更重要它曾經(jīng)是過去.選擇COTS部件會將程序集暴露給各種問題可通過Q-Tech提供的高可靠性部件進行預防,為工程師提供了可靠性靈活性,性能和可靠性,以實現(xiàn)最大的結(jié)果.

在為現(xiàn)代電子應用選擇石英晶體振蕩器時,通常會有工程師由于相對較低的單位,熱衷于選擇便宜的COTS（“商業(yè)現(xiàn)貨”）零件成本和交貨時間,導致性能不佳.選擇高可靠性振蕩器是最安全的,比如Q-Tech晶振,晶體振蕩器,最終是飛行應用的最具成本效益的選擇.

Q-Tech晶振,Q-Tech晶體振蕩器對于計時和精密應用的電氣性能,以及相位噪聲和抖動特性,可以顯著改變電路的輸出.

振蕩器的相位噪聲和抖動經(jīng)常導致錯誤的相位檢測.當使用相移鍵控（PSK）數(shù)字調(diào)制時,轉(zhuǎn)換（即比特錯誤）.數(shù)字化例如,在使用8相PSK的通信中,最大相位容差為±22.5°,其中±7.5°是典型的允許載波噪聲貢獻.例如,由于相位偏差的統(tǒng)計性質(zhì),如果存在1.5°相位偏差的概率超過±7.5°相位偏差為6X10-7,這可能導致誤碼率在許多情況下顯著應用.因此,有源晶振,晶體振蕩器最小化相位噪聲和抖動在現(xiàn)代中變得越來越重要

電路應用.對于石英晶體振蕩器而言,相位噪聲和抖動在很大程度上取決于晶體及其在振蕩器內(nèi)的設計和組裝.水晶處理和專業(yè)知識,設計并不是普通振蕩器所能提供的,而且需要專業(yè)的工程和制造,在Q-Tech晶振等高可靠性公司中找到.

這在使用開放式晶體的設計中尤其重要,而不是與封裝的相比品種.Q-Tech晶振制造工藝擁有超過40年的產(chǎn)出歷史用于最苛刻的應用,從高溫井下到深空飛行.同樣的制造和水晶設計團隊負責監(jiān)督Q-Tech的所有水晶操作,無論最終用途如何.

即便如此,設計工程也起著重要作用,因為沖擊和振動可以產(chǎn)生,即使在“低噪聲”晶體振蕩器中也存在較大的相位偏差.而且,當一個頻率振蕩器乘以N,相位偏差也乘以N.例如,相位偏差為10-3,10MHz時的弧度在10GHz時變?yōu)?/span>1弧度.這種大相位偏移可以對系統(tǒng)的性能是災難性的,例如那些依賴于鎖相環(huán)的系統(tǒng)（PLL）或相移鍵控（PSK）.低噪聲,加速度不敏感的振蕩器是必不可少的這樣的應用.Q-Tech晶振根據(jù)封裝使用各種晶體安裝選項

和每個振蕩器的應用：

-TO/w/3鎳夾具焊接

-支柱上帶3點式安裝的DIP封裝（用于QT1-QT3系列）

-扁平包裝和DIP包裝,帶有3或4點郁金香夾子安裝（30年以上太空遺產(chǎn)）

-帶4點橋接安裝的SMD封裝貼片晶振

-帶4點“相框”安裝座的LCC

-5x7mm陶瓷封裝,帶有2或4點LedgeMount,安裝在陶瓷架上

-包裝Q-Tech晶振4點式安裝選項

值得注意的是,對于高沖擊應用,Q-Tech晶振的4-pt安裝選項已得到證實,遠遠優(yōu)于商用振蕩器提供的任何其他安裝,特別是小型5x7mm封裝貼片晶振,大多數(shù)現(xiàn)貨晶振產(chǎn)品使用簡單的2點安裝.

Q-Tech晶體振蕩器是苛刻環(huán)境的安全選擇,因為它們是為這些環(huán)境設計,構(gòu)造和測試,目的是制造100％可靠的產(chǎn)品適用于故障昂貴或危及生命的情況.石英晶體振蕩器是設計用于-55°C至+125°C的工作溫度,從石英晶振元件開始包括電路.從石英棒切割晶體的角度進行了優(yōu)化,確切的溫度范圍.雖然COTS時鐘可以在-55°C下工作,但是如果它們打開的話在室溫下隨后冷卻至-55℃,已知它們存在問題在-55°C或其他低溫下開啟時啟動（冷啟動問題）.Q-Tech的晶體振蕩器不易受冷啟動問題的影響.

商用振蕩器的驅(qū)動電平依賴性也可能成為高可靠性應用的問題.Q-Tech晶振通過定制配對晶體來緩解這一潛在問題設計IC的每個設計的參數(shù),也防止冷啟動問題前面提到的.

活動下降是晶體電阻的相對突然增加（擾動）,石英晶體系列電阻隨溫度變化.一般來說,活動下降是由一個人引起的石英晶振晶體中的干涉振動模式（耦合模式）.這些模式從中汲取能量主要模式.因此,一旦耦合模式的頻率與主模式的頻率一致,耦合模式就會急劇增加主模式的電阻.這些干擾模式實際上是低頻彎曲的高泛音（高達第50泛音）模式.由于非常陡峭的溫度系數(shù)約為-20ppm/°C,它們只與之一致主模式頻率適用于相當窄的溫度范圍.然而,如果沒有設計出來,耦合模式將導致活動下降.這些是通常溫度相當窄（大約5到30°C寬）,對于給定的設計,活動下降將傾向于大約相同的溫度范圍.因為耦合模式是基于石英的,所以導致任何活動下降隨時間和溫度變得非?？芍貜?/span>.請參閱下面的示例.

耦合模式的影響程度可以從輕微到災難到間歇性,取決于干擾模式的強度和應用的敏感程度是Q-Tech晶體振蕩器輸出電平的變化（頻率偏移約為2到20ppm）.活動下降可以導致無數(shù)系統(tǒng)問題,甚至可能失去鎖相.活動下降的另一個原因是粘附在晶振晶體有效區(qū)域上或附近的粒子.這種類型的活動下降可以改變隨著時間,溫度和時間.這些都會受到粒子成為影響脫離晶體表面或移動到另一個位置.這種立場改變可以因此有可能導致下降趨于好轉(zhuǎn),惡化或暫時消失重新浮出水面.在Q-Tech晶振,我們有能力設計潛在的活動下降和在我們的溫度測試程序中篩選它們作為高可靠性設計方法的一部分和建設.下一篇文章中我們將介紹Q-Tech晶體振蕩器的制造和篩選,歡迎關(guān)注億金電子晶振技術(shù)資料.