如何產(chǎn)生頻率容差僅為+/-10ppm的石英晶體?

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2019-06-20 14:07:14【大中小】

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高頻低功耗晶振晶體的使用需求量在不斷增加,特別是對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的無(wú)線應(yīng)用.我們?cè)絹?lái)越多地發(fā)現(xiàn)設(shè)備彼此通信并通過(guò)無(wú)線電交換數(shù)據(jù),例如通過(guò)藍(lán)牙,ZigBee或ISM.所有這些無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn)都使用三位數(shù)兆赫茲或千兆赫茲范圍內(nèi)的頻段.為了產(chǎn)生這些RF頻率,器件需要非常精確的參考石英晶振晶體,其頻率范圍從大約20到52兆赫茲.

無(wú)線應(yīng)用對(duì)于晶振的要求不僅超薄小并且具備高精度.具有如此高諧振頻率的石英晶體必須是超薄的.石英越厚,其頻率越低,不太適合無(wú)線應(yīng)用.

需要一系列生產(chǎn)步驟來(lái)生產(chǎn)足夠薄的石英晶片.原始晶體塊逐漸分成更小的單元.最小的單元最終是“空白”,鋸切,研磨,蝕刻和拋光,以產(chǎn)生正確的厚度和特別光滑的表面.例如,為了制造共振頻率為40MHZ的石英坯料,石英晶片的厚度必須僅為41.5微米.

由于其標(biāo)稱頻率為40MHZ,這種石英晶片已經(jīng)非常適合用于無(wú)線應(yīng)用;但事情并非那么簡(jiǎn)單.除了相當(dāng)高的標(biāo)稱頻率外,還需要ppm范圍內(nèi)的最小誤差容限（ppm =百萬(wàn)分率）.這種高精度是必要的,因?yàn)楦鱾€(gè)通道的射頻彼此非常接近,特別是在高頻范圍內(nèi).如果要避免不同射頻的重疊,必須確?；A(chǔ)參考頻率的最低頻率容差.

這對(duì)晶體生產(chǎn)提出了挑戰(zhàn),可以使用40MHZ晶振的例子來(lái)說(shuō)明.如上所述,石英片理想地具有恰好41.5微米的標(biāo)稱厚度.目標(biāo)誤差容限僅為+/- 10 ppm,實(shí)際值可能偏離該理想值最多+/- 0.415納米.這不到百萬(wàn)分之一毫米.

僅通過(guò)機(jī)械生產(chǎn)步驟不能實(shí)現(xiàn)亞納米范圍內(nèi)的這種精度.石英貼片晶振制造商通過(guò)根據(jù)生產(chǎn)工廠的特性從一開始就生產(chǎn)出極薄,極小尺寸的晶體來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題.然后對(duì)晶體進(jìn)行微調(diào)以達(dá)到所需的標(biāo)稱頻率.

如何產(chǎn)生頻率容差僅為+/-10ppm的石英晶體?

微調(diào)：蒸發(fā)后或離子轟擊石英晶振晶體生產(chǎn)中的最后一個(gè)加工步驟是在石英片的兩側(cè)上施加電極.該電極對(duì)于電激勵(lì)坯料的振動(dòng)是必要的.同時(shí),該電極也是以下兩種微調(diào)石英的過(guò)程的起點(diǎn).

1）后蒸發(fā)/濺射：

為了能夠使用后蒸發(fā)工藝-也稱為“濺射”-石英盤制造得稍微過(guò)薄,因此即使在施加電極之后,共振頻率也是極低的.為了糾正這一點(diǎn),石英電極用銀蒸發(fā).以這種方式,施加超薄的銀層,這增加了石英晶體,Jauch石英晶振的質(zhì)量并降低了其頻率.在此過(guò)程中,連續(xù)測(cè)量石英盤的頻率.如果達(dá)到所需的標(biāo)稱頻率,則立即停止后蒸發(fā).

2）離子轟擊調(diào)整

石英盤產(chǎn)生的稍微過(guò)厚的先決條件意味著即使在施加電極之后,共振頻率仍然略低.在這種情況下,通過(guò)用足夠高能量的離子進(jìn)行靶向轟擊來(lái)減少電極的質(zhì)量.通過(guò)減小質(zhì)量,頻率不斷增加.與濺射一樣,在整個(gè)過(guò)程中監(jiān)控頻率.一旦達(dá)到所需的標(biāo)稱頻率,該過(guò)程就結(jié)束.

Jauch Crystals適用于所有無(wú)線應(yīng)用

由于這兩種微調(diào)工藝,可以為各種無(wú)線應(yīng)用制造超薄和高精度石英晶體,有源晶體振蕩器.Jauch JXS21和JXS22型號(hào)也以這種方式生產(chǎn).這些晶體的頻率范圍為16至52MHZ,容錯(cuò)率僅為+/- 10 ppm,具有極高的頻率穩(wěn)定性,專為無(wú)線設(shè)備而設(shè)計(jì).

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