貼片晶振的崛起之路與壓電歷史
來源：http://diginow.com.cn 作者：kangbidz 2012年10月20
雅克·居里與皮埃爾·居里可能很多人都不認(rèn)識(shí)這兩位，但是只要是晶振這個(gè)行業(yè)中的人都應(yīng)該知道這兩位名人，他們是壓電石英晶體與壓電效應(yīng)的最早發(fā)現(xiàn)者。后來人們不斷的摸索與研究頻率接收信號(hào)這一重大發(fā)現(xiàn)登上了歷史的舞臺(tái)，在第一次世界大戰(zhàn)中石英晶體諧振器在聲納中的應(yīng)用，徹底轟動(dòng)了電子世界。而后在1917年法國(guó)著名物理學(xué)家保羅·朗之萬(wàn)發(fā)明第一個(gè)晶體控制的電子式振蕩器，這也促進(jìn)了石英晶體振蕩器在戰(zhàn)爭(zhēng)中的重大作用。
到今天為止不管是直插式晶體或者貼片式晶體都越來越精確，越小型化。就拿手機(jī)來說一個(gè)小小的東西只要有頻率信號(hào)輸出就可以聽到千里之外朋友的聲音，這是電子信息化的魅力所在，本來之前晶振是大個(gè)的為了迎合小型產(chǎn)品需求，現(xiàn)在的貼片晶振是越做越小型化，像2.0*1.6這款體積的晶體來說，已經(jīng)是超薄的晶體了。還有貼片晶振的幾個(gè)主要特點(diǎn)1.高精度和高穩(wěn)定度、2.低噪聲，低抖動(dòng)，高頻化、3.低作用，快速啟動(dòng)，低電壓工作。
貼片晶振的分類
貼片晶振也叫做SMD晶振也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振和有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。石英晶體振蕩器和石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶振的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。
貼片晶振的主要參數(shù)
總頻差：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率和給定標(biāo)稱頻率的最大偏差。總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率老化率造成的偏差、頻率電壓特性和頻率負(fù)載特性等共同造成的最大頻差。一般只在對(duì)短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心，而對(duì)其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場(chǎng)合采用。
頻率穩(wěn)定度：任何晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對(duì)的，程度不同而已。一個(gè)晶振的輸出頻率隨時(shí)間變化的曲線。曲線中表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化、飄移和短穩(wěn)。
開機(jī)特性（頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間）：指開機(jī)后一段時(shí)間(如5 分鐘)的頻率到開機(jī)后另一段時(shí)間(如1 小時(shí))的頻率的變化率。表示了晶振達(dá)到穩(wěn)定的速度。這指標(biāo)對(duì)經(jīng)常開關(guān)的儀器如頻率計(jì)等很有用。
頻率老化率：在恒定的環(huán)境條件下測(cè)量振蕩器頻率時(shí)，石英晶體振蕩器頻率和時(shí)間之間的關(guān)系。這種長(zhǎng)期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，因此，其頻率偏移的速率叫老化率，可用規(guī)定時(shí)限后的最大變化率（如±10ppb/天，加電72 小時(shí)后），或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））來表示。
晶體老化是因?yàn)樵谏a(chǎn)晶體的時(shí)候存在應(yīng)力、污染物、殘留氣體、結(jié)構(gòu)工藝缺陷等問題。應(yīng)力要經(jīng)過一段時(shí)間的變化才能穩(wěn)定，一種叫“應(yīng)力補(bǔ)償”的晶體切割方法（SC 切割法）使晶體有較好的特性。
短穩(wěn)：短期穩(wěn)定度，觀察的時(shí)間為1 毫秒、10 毫秒、100 毫秒、1 秒、10 秒。晶振的輸出頻率受到內(nèi)部電路的影響(晶體的Q 值、元器件的噪音、電路的穩(wěn)定性、工作狀態(tài)等)而產(chǎn)生頻譜很寬的不穩(wěn)定。測(cè)量一連串的頻率值后，用阿倫方程計(jì)算。相位噪音也同樣可以反映短穩(wěn)的情況(要有專用儀器測(cè)量)。
重現(xiàn)性：定義：晶振經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定后關(guān)機(jī)，停機(jī)一段時(shí)間t1(如24 小時(shí))，開機(jī)一段時(shí)間t2(如4 小時(shí))，測(cè)得頻率f1，再停機(jī)同一段時(shí)間t1，再開機(jī)同一段時(shí)間t2，測(cè)得頻率f2。重現(xiàn)性=(f2-f1)/f2。
頻率壓控范圍：將頻率控制電壓從基準(zhǔn)電壓調(diào)到規(guī)定的終點(diǎn)電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。
頻率壓控線性：和理想（直線）函數(shù)相比的輸出頻率-輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分?jǐn)?shù)表示整個(gè)范圍頻偏的可容許非線性度。
作者—康比電子
到今天為止不管是直插式晶體或者貼片式晶體都越來越精確，越小型化。就拿手機(jī)來說一個(gè)小小的東西只要有頻率信號(hào)輸出就可以聽到千里之外朋友的聲音，這是電子信息化的魅力所在，本來之前晶振是大個(gè)的為了迎合小型產(chǎn)品需求，現(xiàn)在的貼片晶振是越做越小型化，像2.0*1.6這款體積的晶體來說，已經(jīng)是超薄的晶體了。還有貼片晶振的幾個(gè)主要特點(diǎn)1.高精度和高穩(wěn)定度、2.低噪聲，低抖動(dòng)，高頻化、3.低作用，快速啟動(dòng)，低電壓工作。
貼片晶振的分類貼片晶振也叫做SMD晶振也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振和有源晶振（諧振）的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振需要借助于時(shí)鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號(hào)，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個(gè)說法并不準(zhǔn)確；有源晶振是一個(gè)完整的諧振振蕩器。石英晶體振蕩器和石英晶體諧振器都是提供穩(wěn)定電路頻率的一種電子器件。石英晶體振蕩器是利用石英晶振的壓電效應(yīng)來起振，而石英晶體諧振器是利用石英晶體和內(nèi)置IC共同作用來工作的。振蕩器直接應(yīng)用于電路中，諧振器工作時(shí)一般需要提供3.3V電壓來維持工作。振蕩器比諧振器多了一個(gè)重要技術(shù)參數(shù)：諧振電阻（RR），諧振器沒有電阻要求。RR的大小直接影響電路的性能，因此這是各商家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重要參數(shù)。
貼片晶振的主要參數(shù)
總頻差：在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，由于規(guī)定的工作和非工作參數(shù)全部組合而引起的晶體振蕩器頻率和給定標(biāo)稱頻率的最大偏差。總頻差包括頻率溫度穩(wěn)定度、頻率老化率造成的偏差、頻率電壓特性和頻率負(fù)載特性等共同造成的最大頻差。一般只在對(duì)短期頻率穩(wěn)定度關(guān)心，而對(duì)其他頻率穩(wěn)定度指標(biāo)不嚴(yán)格要求的場(chǎng)合采用。
頻率穩(wěn)定度：任何晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對(duì)的，程度不同而已。一個(gè)晶振的輸出頻率隨時(shí)間變化的曲線。曲線中表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化、飄移和短穩(wěn)。
開機(jī)特性（頻率穩(wěn)定預(yù)熱時(shí)間）：指開機(jī)后一段時(shí)間(如5 分鐘)的頻率到開機(jī)后另一段時(shí)間(如1 小時(shí))的頻率的變化率。表示了晶振達(dá)到穩(wěn)定的速度。這指標(biāo)對(duì)經(jīng)常開關(guān)的儀器如頻率計(jì)等很有用。
頻率老化率：在恒定的環(huán)境條件下測(cè)量振蕩器頻率時(shí)，石英晶體振蕩器頻率和時(shí)間之間的關(guān)系。這種長(zhǎng)期頻率漂移是由晶體元件和振蕩器電路元件的緩慢變化造成的，因此，其頻率偏移的速率叫老化率，可用規(guī)定時(shí)限后的最大變化率（如±10ppb/天，加電72 小時(shí)后），或規(guī)定的時(shí)限內(nèi)最大的總頻率變化（如：±1ppm/（第一年）和±5ppm/（十年））來表示。
晶體老化是因?yàn)樵谏a(chǎn)晶體的時(shí)候存在應(yīng)力、污染物、殘留氣體、結(jié)構(gòu)工藝缺陷等問題。應(yīng)力要經(jīng)過一段時(shí)間的變化才能穩(wěn)定，一種叫“應(yīng)力補(bǔ)償”的晶體切割方法（SC 切割法）使晶體有較好的特性。
短穩(wěn)：短期穩(wěn)定度，觀察的時(shí)間為1 毫秒、10 毫秒、100 毫秒、1 秒、10 秒。晶振的輸出頻率受到內(nèi)部電路的影響(晶體的Q 值、元器件的噪音、電路的穩(wěn)定性、工作狀態(tài)等)而產(chǎn)生頻譜很寬的不穩(wěn)定。測(cè)量一連串的頻率值后，用阿倫方程計(jì)算。相位噪音也同樣可以反映短穩(wěn)的情況(要有專用儀器測(cè)量)。
重現(xiàn)性：定義：晶振經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間工作穩(wěn)定后關(guān)機(jī)，停機(jī)一段時(shí)間t1(如24 小時(shí))，開機(jī)一段時(shí)間t2(如4 小時(shí))，測(cè)得頻率f1，再停機(jī)同一段時(shí)間t1，再開機(jī)同一段時(shí)間t2，測(cè)得頻率f2。重現(xiàn)性=(f2-f1)/f2。
頻率壓控范圍：將頻率控制電壓從基準(zhǔn)電壓調(diào)到規(guī)定的終點(diǎn)電壓，晶體振蕩器頻率的最小峰值改變量。
頻率壓控線性：和理想（直線）函數(shù)相比的輸出頻率-輸入控制電壓傳輸特性的一種量度，它以百分?jǐn)?shù)表示整個(gè)范圍頻偏的可容許非線性度。
作者—康比電子
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