智能表用石英晶體諧振器特性及應用

石英晶體諧振器特性及應用一.石英諧振器基礎知識二.石英諧振器的指標及性能三.典型的石英晶體應用電路四.

電路失效原因及常見故障現(xiàn)象五.石英晶體選用的注意事項六.使用過程中的注意事項2一、石英諧振器基礎知識石英晶體諧振器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)左圖中：1---鍍金屬電極的晶片2---金屬外殼3---晶體底座HC-49UHC-49SSMD晶振結(jié)構(gòu)圖

C1——動態(tài)電容Rr——串聯(lián)諧振電阻

L1——動態(tài)電感C0——靜電容石英晶體的等效電路及電抗頻率特性圖

a）fC0b）C1L1Rr

c）O容性容性感性Xfpfs（a）——符號（b）——等效電路（c）——電抗-頻率特性二．主要性能指標1、標稱頻率：技術條件所指定的頻率，通常指產(chǎn)品上標志的頻率。2、工作頻率：在給定電路上和規(guī)定條件下石英諧振器工作所產(chǎn)生的實際頻率。3、調(diào)整頻差：在規(guī)定條件下（25±2℃），基準溫度的工作頻率相對于標稱頻率的最大偏離值，計算公式為：△ff0max=f1－f0f04、溫度頻差：在規(guī)定條件下，某溫度范圍內(nèi)的工作頻率相對于基準溫度下工作頻率的最大偏離值，計算公式為：△ff0max=f2－f1f1f2某工作溫度范圍內(nèi)的最大工作頻率f1基準溫度下的工作頻率5、諧振電阻：在規(guī)定條件下，石英諧振器不串負載電容在諧振頻率時的電阻。6、激勵電平：為石英諧振器工作時消耗的有效功率，產(chǎn)品規(guī)格書中每種產(chǎn)品規(guī)定的激勵電平值是一個測試條件，也是一個使用條件，實際使用時激勵電平應選擇合適的值。7.激勵電平依賴性（DLD):指在晶體元件諧振電阻隨激勵電平條件變化的特性。（指標有DLD2DLD4）8、負載電容：

從石英諧振器插腳兩端向振蕩電路方向看進去的全部有效電容為該振蕩器加給石英諧振器的負載電容。負載電容與石英諧振器一起決定振蕩器的工作頻率，通過調(diào)整負載電容，一般可以將振蕩器的工作頻率調(diào)到標稱值。負載電容和諧振頻率之間的關系不是線性的，負載電容變小時，頻率偏差量變大；負載電容提高時，頻率偏差減小。CL△F/F10pF30pF9、動態(tài)參數(shù)C1、L1，靜電容C0C1，L1，C0是晶體的三個特性參數(shù)，隨著晶體的日益擴展，對C1，L1，C0也有了更多的要求，影響C1，L1，C0的因素很多，如裝架方式，鍍銀面積，返還量，滾筒倒邊留邊寬度等。C0=0.0402Ae/tC1=KcAe/tn2L1=KLt3/Ae

Kc=186*10-6PFmmKL=42H/mm10、牽引量Ts：頻率隨電容的變化量，單位為ppm/pF

應用于調(diào)頻無線電設備，微波通信，鎖相技術中的石英晶體振蕩器,對石英晶體元器件動態(tài)參數(shù)如C1，L1，TS,的要求。11、品質(zhì)因素Q值Q值是反映諧振器工作時克服摩擦阻尼而消耗能量的大小。Q=2πfL1/R11、年老化率：

晶體在放置一年后頻率的變化量。通常采用加速老化的方法（85℃±2℃老化30天，一周測量一次，晶體頻率變化量）測試。電阻焊年老化率＜±3～5×10-6

冷壓焊、真空玻璃密封年老化率＜±1～3×10-6三.典型的石英晶體應用電路CgCdCRYSTALRfRdCg,cd:兩個外部電容Rf:內(nèi)部反饋電阻Rd:外部限流電阻晶體負載電容的確定：CL=C雜散+C雜散：2～5pFCg，Cd→27pF→CL=16pFCg，Cd→33pF→CL=20pFCg，Cd→47pF→CL=30pFCg*CdCg+CdCgCdCRYSTALRfRd

如果電路使用IC方式，而且IC制造各不相同，那么頻率，激勵功率，負阻抗須被確認，負阻抗可視為放大回路增益值得大小，負阻抗偏小時起振不穩(wěn)定，OA的值應達到諧振阻抗ESR的5～10倍。OA=RQmax+ESRSF=≥5OAESRmaxCgCdRQESR電路負阻抗的確認基頻及泛音振蕩電路

CgCdCgCd基頻振蕩電路泛音振蕩電路CfL四.電路失效原因及常見故障現(xiàn)象失效原因分析：失效主要指電路停振,或頻率嚴重偏離，不能正常工作；失效大致可分為四類：1、整機電路設計原因造成失效：電路設計失效主要指電路設計負阻抗過低引起停振，頻率偏離目標等，造成與晶體失配問題；2、PCB組裝制造工藝原因造成失效：組裝過程的焊接工藝造成接觸不良或局部短路、開路現(xiàn)象，以至產(chǎn)品失效；3、采購原因造成的失效：由于晶體元器件是一個頻率控制元件，具有一定的專用性和特殊性，訂貨指標參數(shù)的錯誤都會造成失效;4、石英元器件本身的失效原因造成整機的失效.電路故障現(xiàn)象故障機理分析對應措施電路頻偏晶體的負載電容與電路不匹配調(diào)整電路外加電容或確定合適晶體負載電容晶體的頻差大調(diào)整晶體常溫頻差及溫度頻差電路輸出幅度小或停振電路的負阻抗余量不夠，小于3-5倍提高電路負阻抗余量，降低或去掉限流電阻，減小外加電容或降低輸入電容，提高輸出電容晶體的電阻偏大降低晶體電阻起振時間長增益余量不夠提高增益余量，降低外加電容，降低晶體電阻波形出現(xiàn)削頂削底振蕩電路過激增加限流電阻

五、石英諧振器選型及應用注意事項2.建議使用負載電容在10～30pF以內(nèi)，如果CL<10pF（Cg，Cd<12pF），振蕩頻率被電路中的雜散電容輕易地影響，最終導致振蕩的不穩(wěn)定。3.電子線路外接電容應與晶體的負載電容匹配。石英晶體的頻率范圍選擇及型號的確定：F:3.579MHz～30MHzHC-49SF﹤3.579MHz或F﹥30MHzHC-49U4.盡量避免晶體振蕩電路穿過其他電路。

5.為避免產(chǎn)生干擾，通常使用過程中會采用接地方式，建議選取三引線接地方式。6.電路和線路板間的雜散電容應盡量被減少。1.注意輕拿輕放，避免高位跌落或受外力碰撞等引起的產(chǎn)品失效。2.避免外殼的劃傷摩擦等傷害，造成表面損壞或標識不清。3.避免產(chǎn)品引線超負荷彎折和拉伸，導致絕緣籽的損壞破裂等。4.避免產(chǎn)品引線再彎曲加工。六.石英晶體使用過程中的注意事項5.焊接過程應避免焊料對產(chǎn)