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[技术支持]石英晶振的压电效应分析详解2018年02月27日 09:36

1880年法国物理学家居里兄弟发现了压电效应。当在石英晶体的某个固定的方向加上压力后,晶体的内部就产生电极化现象,并且在对应的两个表面上分别产生正负电荷。当去除所加的压力后,石英晶振晶体表面的正负电荷又会消失,恢复到原来没有加压力的状态;当所加的压力改为拉力后,晶体表面产生的正负电荷的极性也会随之改变。石英晶振晶体表面所产生的电荷量与所加的压力或拉力的大小成正比。这种将机械能转化为电能的现象就称为正压电效应。

相反,如果在石英晶体的极化方向上外加交变电场时,就会使晶体产生膨胀或缩小的机械变形。当去掉所加的交变电场后,该石英晶振晶体的机械变形也随之消失,恢复到原来的状态。这种电能转变为机械能的现象称为“逆压电效应”.自然界中虽然有很多晶体都具有上述压电效应,但是石英贴片晶振晶体结构简单,做成的振荡器精度高,频率稳定,因此是比较理想的材料。

图2-1是正压电效应和逆压电效应的示意图。表示某一非中心对称的压电石英晶体在某一平面上的投影,当其两侧受到一定外力时的情况。其中(a)表示当石英晶振晶体不受外力时,正电荷与负电荷的中心重合。晶体的电极化强度为0,晶体表面就不带电荷。(b) 表示在(a)中的晶体两侧加上压力后,产生电极化现象。即晶体发生压缩变形使得正电荷与负电荷的中心分离。为此,石英晶振晶体就显示有电偶极距,电极化强度就不再等于0晶体表面分别出现了正、负电荷。(c)中则表示将晶体两侧的压力改为拉力后,因为石英贴片晶振晶体产生膨胀变形后正电荷与负电荷的中心分离方向与(b)中的正好相反,所以晶体两侧表面所带的正、负电荷情况也正好相反。

如果在石英晶振晶体两侧的表面镀上金属电极后, 当在其表面加上压力或拉力时,都可以利用仪表测得晶体两侧表面的电位差。只是金属电极上由于静电感应产生的电荷与石英晶体表面出现的束缚电荷极性相反。如(d)、(e) 所示,它们分别表示(b)、(c)在加压力的面或加拉力的面镀上金属电极的情况。当施加压力或拉力的方向和产生电位差的方向一致时,称为纵向压电效应。也有一些压电材料,施加压力或拉力的方向和产生电位差的方向是垂直的,这种现象则被称为横向压电效应。相反,如果压电石英晶体在电场中,出于电场的作用,使石英晶振晶体正电荷与负电荷的中心发生分离。这种极化现象则会导致石英晶体,石英晶体振荡器的变形,这就是电致变形,也就是逆压电效应.

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[行业新闻]石英晶振选型应该考虑的十大因素2018年01月25日 10:39: 石英晶振在电路中犹如心脏般的存在,提供型号频率信号,因此在选择使用晶振时要考虑的事项很多,为了在产品中使用获得最大工作效益,石英晶振选型应该考虑的十大因素,大家应该好好看看.

1、工作频率
晶振的频率范围一般在1到70MHz之间.但也有诸如通用的32.768K钟表晶体那样的特殊低频晶体. 晶体的物理厚度限制其频率上限. 归功于类似反向台面(inverted Mesa)等制造技术的发展,晶体的频率上限已从前些年的30MHz提升到200MHz.工作频率一般按工作温度25°C时给出. 可利用泛频晶体实现200MHz以上输出频率的更高频率晶振.另外,带内置PLL 频率倍增器的晶振可提供1GHz以上的频率.当需要UHF和微波频率时,声表波(SAW)振荡器是种选择.

2、封装
晶振有许多种封装形态.过去,最常用的是金属壳封装,但现在,它已被更新的表贴(SMD晶振)封装取代.命名为HC-45、HC-49、HC-50或HC- 51的金属封装一般采用的是标准的DIP 通孔管脚. 而常见的SMD 封装大小是5×7mm. 源于蜂窝手机制造商的要求,SMD封装的趋势是越做越薄.

3、频率稳定性
该指标量度在一个特定温度范围(如：0°C到 70°C 以及-40°C到 85°C)内,实际频率与标称频率的背离程度.稳定性也以ppm给出,根据晶振种类的不同,该指标从10到 1000ppm变化很大(图 2).

4、频率的精度
频率精度：1PPM=1/1,000,000 频率精度也称频率容限,该指标度量石英晶振,有源晶振实际频率于应用要求频率值间的接近程度.其常用的表度方法是于特定频率相比的偏移百分比或百万分之几(ppm).例如,对一款精度±100ppm的 10MHz晶振来说,其实际频率在10MHz±1000Hz之间.(100/1,000,000)×10,000,000=1000Hz它与下式意义相同：1000/10,000,000=0.0001=10-4或0.01%.典型的频率精度范围在1到 1000ppm,以最初的25°C 给出.精度很高的晶振以十亿分之几(ppb)给出.

5、老化
老化指的是频率随时间长期流逝而产生的变化,一般以周、月或年计算.它于温度、电压及其它条件无关.在石英晶振上电使用的最初几周内, 将发生主要的频率改变.该值可在5到10ppm 间.在最初这段时间后, 老化引起的频率变化速率将趋缓至几ppm.

6、工作电压
许多晶振工作在5V直流.但新产品可工作在1.8、2.5和 3.3V.

7、输出
有提供不同种类输出信号的晶振.输出大多是脉冲或逻辑电平,但也有正弦波和嵌位正弦波输出. 一些常见的数字输出包括：TTL、HCMOS、ECL、PECL、CML 和LVDS.许多数字输出的占空比是40%/60%,但有些型号可实现45%/55%的输出占空比.一些型号还提供三态输出.一般还以扇出数或容抗值(pF)的方式给出了最大负载.

8、启动时间
该规范度量的是系统上电后到输出稳定时所需的时间.在一些器件内,有一个控制晶振输出开/闭的使能脚.

9、可调性(Pullability)
该指标表度的是通过对一个压控晶振(VCXO)施加一个外部控制电压时, 该电压所能产生的频率改变. 它表示的是最大可能的频率变化, 通常用ppm表示. 同时还给出控制电压水平,且有时还提供以百分比表示的线性值.典型的直流控制电压范围在0到 5V.频率变化与控制电压间的线性关系可能是个问题.

10、相噪
在频率很高或应用要求超稳频率时,相噪是个关键指标.它表度的是输出频率短时的随机漂移.它也被称为抖动,它产生某类相位或频率调制.该指标在频率范围内用频谱分析仪测量,一般用dBc/Hz表示相噪. 石英晶振,贴片晶振输出的不带相噪的正弦波被称为载波,在频谱分析仪上显现为一条工作频率上的垂直线.
相噪在载波之上和之下产生边带. 相噪幅度表示为边带功率幅值(Ps)与载波功率幅值(Pc)之比,以分贝表示：相噪(dBc)=10log(Ps/Pc)相噪的测量以载波的10kHz或100kHz频率增量计算, 但也用到低至10Hz或 100Hz的其它频率增量.相噪度量一般规整为与1Hz相等的带宽.取决于载波的频率增量,典型的相噪值在-80到-160dBc 之间.; 阅读（94）标签：

[行业新闻]双十二狂欢进行为何声表面滤波器静如死水？2017年12月13日 18:39: 今年总出现这种状况的晶振就属7015石英晶振中的SSP-T7-F晶振和MC-146晶振了；如果石英晶振需求量小于供货量就会出现相反的结果,32.768K音叉圆柱晶振就是最具代表性的了,零几年时贴片晶振还不多这些插件音叉表晶还是主流时,32.768K表晶可是一两块钱的价格,但现在呢,这些国产圆柱晶振只有一两毛钱的单价了.; 阅读（163）标签：

[客户案例]亿金电子为高档钟表工厂解决【晶振无故停振现象】2017年08月18日 09:13: 钟表系列产品对于32.768K晶振的使用要求是比较高,如果精度上或者负载参数对不上就会出现时间快慢的情况,而亿金电子所推荐的爱普生晶振在恶劣环境下依旧能够保持高精度,工作温度可达-30℃~+85℃之间,起振时间快速高达1秒.; 阅读（153）标签：

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