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石英晶體在振蕩線路上負載電容會發生哪些變化嗎

來源:http://www.worldtalentltd.com 作者:dzyijin 2015年07月25

       石英晶體在振蕩線路上的”負載電容(load capacitance)”定義為:從石英晶體共振子的兩個端子看向振蕩線路所遭遇到的所有電容值. 負載電容在線路上可以與石英晶體共振子以并聯(parallel)或以串聯(series)的方示連接. 以并聯方式連接的振蕩線路中, 負載電容(CL)的大小會影響公稱頻率的特性.石英頻率組件頻率對溫度穩定性的特性, 亦如同公稱頻率誤差一樣, 是以ppm或是以% 為計量單位. 組件的頻率溫度特性曲線與石英的切割角度, 振蕩模態, 表面處理及外型尺寸都有很大的關系. 除此之外, 振蕩線路上的負載電容(CL), 驅動功率(drive level)的特性, 也會影響到振蕩線路輸出頻率對溫度變化的穩定性.石英晶振頻率對溫度穩定性取決于石英頻率因溫度變化而改變, 這是因起于石英材料在各個坐標軸向的熱膨脹系數不同, 當溫度變化時, 各軸向晶格距產生些許變化. 當引用不同的切割角度時, 不同振蕩模態的之變化也會不同。

       以AT切割角度的厚度剪切振蕩模態的設計, 一般是采用攝氏25度作為參考溫度點的頻率來定義在工作環境溫度范圍內的頻率變動的穩定性. 在定義這項頻率對溫度穩定性參數的同時, 也應該一同規范出相對應的工作環境溫度范圍,等效串聯阻抗當石英晶體串聯振蕩在fs時, C1及L1是相反相位而互相抵消, 整個共振子的動態支臂(motional arm) 的導納是接近最小阻抗值R1. 這時候整個石英晶體共振子的表現僅是一個電阻性的組件. 電阻值R1是整個組件的機械性能量損耗. 其中包含了石英材料, 接著材料及封裝材料上所有的能量損耗.
  
    石英晶體的驅動功率是指石英晶體共振子的消耗功率. 一般是以微瓦(microwatt)表示. 振蕩線路的設計上必須提供適當的功率讓石英晶體共振子開始起振并維持振蕩. 石英晶體的振蕩是屬于物理上的高頻機械振動, 振蕩時的電氣阻抗值約在10~100奧姆以下( 依頻率范圍及尺寸大小有差異). 振蕩線路若提供過高的驅動功率, 會使石英晶體的非線性特性變化及石英/電極/接著材料的接口惡化, 進而造成振蕩頻率FL及等效阻抗R1的過度變化. 石英晶體在長時期的過高驅動功率下工作, 會有不穩定的現象. 隨著各類應用面的低消耗功率需求及產品小形化趨勢, 加上近幾年石英產品的技術大幅提升, 石英晶體共振子的電氣阻抗值整體都下降而且穩定. 振蕩線路的設計不需要,也不應該提供過高的驅動能量在石英晶體共振子上面.


 

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