頻率控制裝置提供現(xiàn)代電子設(shè)備所依賴的精確時間和頻率.振動石英晶體,即石英晶體諧振器,是幾乎所有頻率控制裝置的"心臟".石英鐘提供精確的時間,石英振蕩器是精確頻率的來源.
通過考慮如果世界上所有的石英晶體突然停止振動將會發(fā)生什么,可以看出這些設(shè)備在現(xiàn)代世界中的未來作用.所有現(xiàn)代通信系統(tǒng)將停止運行,除了最古老的運輸系統(tǒng)(汽車,卡車,飛機(jī))以外,所有的運輸系統(tǒng)都將停止運行,所有的計算機(jī)都將停止運行.后果將是災(zāi)難性的.
時間不僅對人類的日常日程安排很重要,而且對確定計算機(jī)內(nèi)部發(fā)生的事件的順序,以及對流經(jīng)通信系統(tǒng)的信息進(jìn)行時間標(biāo)記也很重要.頻率源對于確定無線電和電視傳輸,雷達(dá)系統(tǒng),通信和導(dǎo)航系統(tǒng)等的頻率至關(guān)重要.
頻率控制技術(shù)在20世紀(jì)20年代取得了巨大的飛躍,當(dāng)時石英首次被用于實現(xiàn)晶體諧振器以穩(wěn)定石英晶體振蕩器,從而開創(chuàng)了現(xiàn)代頻率控制領(lǐng)域.隨著石英控制的引入,計時從太陽和恒星轉(zhuǎn)移到小型人造來源,其穩(wěn)定性超過了基于天文學(xué)的參考.從那時起,基于石英的器件的應(yīng)用急劇擴(kuò)展.石英諧振器一直在不斷發(fā)展,成為一個比原來精確一百萬倍的裝置.它也是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)中的"飛輪".原子標(biāo)準(zhǔn)使頻率成為已知的最精確的實體.
在人造單晶中,石英的生長量僅次于硅.每年大約生長2500到3000噸石英晶體(大約是硅生長量的3到4倍).主要應(yīng)用是時鐘和頻率源的振蕩器.其他重要應(yīng)用是傳感器和用于頻率選擇的濾波器.每年制造大約2xl09體聲波(BAW)石英諧振器和幾億個石英聲表面濾波器(聲表面波)器件.

石英晶體的主要應(yīng)用見表1.第四欄和第五欄中的應(yīng)用程序占年度生產(chǎn)的大部分,但第一欄和第二欄中的應(yīng)用程序要求最高.
軍事應(yīng)用已經(jīng)并將繼續(xù)是這項技術(shù)的"驅(qū)動力".民用應(yīng)用通常會在以后進(jìn)行.例如,軍方開發(fā)了抗干擾和通信安全的擴(kuò)頻技術(shù).擴(kuò)頻技術(shù)的民用應(yīng)用隨之而來,例如蜂窩電話系統(tǒng),其中石英晶體諧振器擴(kuò)頻技術(shù)被用于最大化指定頻帶中同時用戶的數(shù)量.
在美國,石英晶振工業(yè)的起源可以追溯到1939年在軍事通信系統(tǒng)中大規(guī)模使用晶體控制的決定.在早期的軍事系統(tǒng)中,控制無線電通信系統(tǒng)的載波頻率是主要的應(yīng)用.第二次世界大戰(zhàn)系統(tǒng)中典型的(歸一化頻率)精度是200ppm.在20世紀(jì)60年代和1970年代的系統(tǒng)中,[3]的典型精度要求在40ppm至0.5ppm之間.在目前正在生產(chǎn)或開發(fā)的系統(tǒng)中,精度要求的范圍從一些戰(zhàn)術(shù)無線電中的5ppm到一些導(dǎo)航,電子戰(zhàn)和戰(zhàn)略通信系統(tǒng)中的1012年零件.除了具有高精度外,現(xiàn)代系統(tǒng)的頻率源還必須表現(xiàn)出低噪聲特性,并且必須在極端環(huán)境中保持穩(wěn)定.
在現(xiàn)代系統(tǒng)中,石英晶體諧振器主要驅(qū)動因素是要求更高時鐘精度的擴(kuò)頻系統(tǒng),在平臺振動情況下要求低噪聲振蕩器的監(jiān)控系統(tǒng)以及要求以盡可能低的電池消耗和盡可能小的體積獲得更高精度的戰(zhàn)術(shù)(手持)系統(tǒng).

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石英晶體諧振器取得了巨大的飛躍

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