人工智能、人臉識(shí)別、全面屏”被業(yè)界視為近兩年智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)的最主要?jiǎng)?chuàng)新驅(qū)動(dòng)力,隨著技術(shù)的更新?lián)Q代,對(duì)于內(nèi)部電子元件的使用要求自然也在不斷上漲,就拿手機(jī)晶振來說,一部智能手機(jī)內(nèi)部所使用的晶振少說也有6.7種,比如32.768K時(shí)鐘晶振,手機(jī)GPS定位用的溫補(bǔ)晶振,藍(lán)牙系統(tǒng)用的2016晶振,2520晶振,3225貼片晶振以及新增無線充電技術(shù)中用到的高精密石英晶振等等.

   隨著智能手機(jī)多功能,小型化,薄型化發(fā)展,小體積貼片晶振越來越受歡迎,是小型智能產(chǎn)品的首選.那么手機(jī)中使用到的貼片晶振型號(hào)頻率都有哪些呢？手機(jī)中會(huì)常用晶振頻率包括32.768K晶振,26M晶振,12M晶振,26M晶振,32M晶振等等.億金電子整理了一些較為常用的晶振型號(hào)給大家參考.

通過調(diào)節(jié)激光器的三個(gè)激光參數(shù),來改變石英晶振頻率微調(diào)量,從而在不剝落晶振晶片表面電極層的前提下,達(dá)到最大頻率微調(diào)量。三個(gè)參數(shù)分別為:電流,頻率和Q脈沖寬度。

電流與石英晶振微調(diào)量之間的關(guān)系

固定頻率為5KIHz,Q脈沖寬度為50微秒,改變電流從10安到19安來測(cè)頻率微調(diào)量。

調(diào)節(jié)激光器的電流和激光掃描時(shí)間到適當(dāng)?shù)闹?/span>,是可以實(shí)現(xiàn)對(duì)石英晶振,貼片晶振進(jìn)行頻率微調(diào)的。雖然實(shí)驗(yàn)中微調(diào)的量最小也是kHz數(shù)量級(jí),但從兩組數(shù)據(jù)中可以看出只要電流和掃描時(shí)間調(diào)節(jié)的得當(dāng),進(jìn)行幾Hz~幾百Hz數(shù)量級(jí)的頻率微調(diào)也是可行的,亦即實(shí)現(xiàn)晶振ppm級(jí)的頻率精度。

其次,從實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中可以看出頻率微調(diào)量在掃描時(shí)間固定的情況下,并不是與激光電流完全成正比;而在激光電流固定的情況下,也不是與掃描時(shí)間完全成正比的。這一方面可能與表面銀層對(duì)于激光的反射作用有關(guān),大量的激光束被銀層反射回去,沒能用于對(duì)表面電極層進(jìn)行氣化,只有通過加大激光電流的辦法來加強(qiáng)對(duì)表面的轟擊。但這樣一來很容易造成頻率微調(diào)量過大,超出了想要的頻率微調(diào)數(shù)量級(jí)的現(xiàn)象。

另一方面可能與整個(gè)石英晶振激光頻率微調(diào)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的環(huán)境有關(guān)。整個(gè)激光頻率微調(diào)實(shí)驗(yàn)完全在大氣環(huán)境下進(jìn)行,受激光掃描而氣化的分子受大氣中的分子顆粒的散射作用,重新返回晶振晶片表面,堆積在表面其他地方。這樣實(shí)際上晶振晶片的質(zhì)量并沒有減小,由 Sauerbrey方程:

可知質(zhì)量沒有改變就不會(huì)對(duì)石英晶振頻率產(chǎn)生微調(diào),因而網(wǎng)絡(luò)分析儀就測(cè)量不出頻率的變化。這樣實(shí)驗(yàn)時(shí)就會(huì)繼續(xù)加大激光電流或是增加激光照射或掃描時(shí)間。而這樣是不對(duì)的。因?yàn)閷?shí)際上氣化過程在頻率真正得到改變前就已經(jīng)發(fā)生了,只是石英晶振晶片總質(zhì)量沒有改變從而不會(huì)對(duì)頻率產(chǎn)生影響。當(dāng)增強(qiáng)后的激光照射在晶片表面時(shí),有可能電流過大,穿透表面銀層,產(chǎn)生與圖3.5類似的情形,造成實(shí)驗(yàn)失敗。

此外,從實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可以看出,激光掃描電流和激光掃描時(shí)間兩個(gè)參數(shù)并不是獨(dú)立作用的,并不是增加或減少其中的一個(gè)就可以直接影響晶振頻率微調(diào)量的。因而需要兩個(gè)參數(shù)相互配合,在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上達(dá)到一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。

從實(shí)驗(yàn)中可以推斷,除了激光掃描電流和激光掃描時(shí)間兩個(gè)參數(shù)外,還有其它的參數(shù)影響著實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如:氣壓,氣溫,甚至激光掃描路徑。因而需要大量、反復(fù)的實(shí)驗(yàn)來找出這些關(guān)系,進(jìn)而找到實(shí)現(xiàn)精確石英頻率微調(diào)的最佳方案。

從石英晶體諧振器的等效電路可知,它有兩個(gè)諧振頻率,即(1)當(dāng)L、C R支路發(fā)生串聯(lián)諧振時(shí),石英晶體諧振器的等效阻抗最小(等于R)。串聯(lián)揩振頻率用fs表示,石英晶體對(duì)于串聯(lián)揩振頻率fs呈純阻性;(2)當(dāng)頻率高于fs時(shí),L、C、R支路呈感性,可與電容C0發(fā)生并聯(lián)諧振,其并聯(lián)頻率用fd表示。工程技術(shù)中石英諧振器就工作在fs到fd范圍內(nèi)或這兩個(gè)頻率的奇次諧頻上。

根據(jù)石英晶振的等效電路,可定性畫出它的電抗一頻率特性曲線如圖2.3所示?？梢姰?dāng)頻率低于串聯(lián)諧振頻率fs或者頻率高于并聯(lián)揩振頻率fd時(shí),石英晶體呈容性。僅在fs極窄的范圍內(nèi),石英晶體呈感性。石英晶體表面附著電極層后的膜系結(jié)構(gòu)示意圖如圖24所示。

Sauerbrey方程用于描述石英晶體諧振頻率與晶體表面附著物質(zhì)(此處為上、下兩面的銀電極層)之間的變化關(guān)系,該方程如下:

其中f0為石英晶振原始諧振頻率(單位為Hz),△f為晶振的頻率變化量(單位為Hz),△m為晶體變化的質(zhì)量(單位為gcm-2),A是晶體有效面積(即電極面積,單位為cm2),pμ是石英晶體的密度,μφ為晶體剪切彈性模量。

對(duì)于指定晶振晶片,fo、A、pμ、qμ均為常數(shù),因而, △f與△m的絕對(duì)值成正比,負(fù)號(hào)表示表面銀電極層質(zhì)量的增加,會(huì)引起石英晶振諧振頻率的減少;而表面銀電極層質(zhì)量的減少,會(huì)引起石英晶振諧振頻率的增加。即:增加銀層質(zhì)量和減少銀層質(zhì)量兩種方法都可以改變石英晶振的諧振頻率。

可見,附加的銀電極層會(huì)對(duì)石英晶振器的諧振頻率產(chǎn)生影響。因而工業(yè)生產(chǎn)中,一般先制作出與目標(biāo)頻率接近的石英晶片并附加表面電極,再通過改變表面電極厚度方法,來微調(diào)晶振頻率以達(dá)到目標(biāo)頻率。

采用離子刻蝕進(jìn)行晶振頻率微調(diào),在刻蝕后晶振的頻率會(huì)發(fā)生偏移。這會(huì)使頻率調(diào)整精度低于真空蒸著頻率調(diào)整法。如圖4-4所示,離子刻蝕后石英晶振頻率會(huì)產(chǎn)生偏移,縱軸表示與目標(biāo)頻率的偏差,單位是pm。在刻蝕前,石英晶振的頻率相對(duì)于目標(biāo)頻率是負(fù)的。在調(diào)整時(shí),一邊用測(cè)頻系統(tǒng)測(cè)定石英晶振的頻率,一邊用離子束照射石英晶振的電極膜, 電極膜被刻蝕,頻率隨之升高。當(dāng)刻蝕停止后,會(huì)出現(xiàn)頻率下降的現(xiàn)象?？涛g剛停止的幾秒內(nèi),頻率下降較快,隨后下降會(huì)漸漸變緩,最后趨于穩(wěn)定,不再變化。這種離子刻蝕后頻率偏移的原因比較復(fù)雜,其原因之一是因?yàn)殡x子刻蝕時(shí)對(duì)晶振晶片產(chǎn)生的熱應(yīng)力。其理論依據(jù)比較深?yuàn)W,在此不做討論。本文主要通過實(shí)驗(yàn),找出頻率偏移的規(guī)律,對(duì)石英晶振進(jìn)行離子刻蝕加工時(shí)設(shè)定合適的參數(shù),使得這種偏移在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生盡可能小的影響。

現(xiàn)在用AT方向切割的石英晶片做成的石英晶振進(jìn)行實(shí)驗(yàn),用離子束對(duì)晶片進(jìn)行刻蝕,統(tǒng)計(jì)出蝕刻速度與頻率偏移的聯(lián)系。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象:A品種的石英晶振使用的晶片是長方形,尺寸為長1996u±3u,寬1276u±2a,晶片厚度為62.04u。目標(biāo)頻率為26.998380MHz。晶片先用昭和真空生產(chǎn)的磁控濺射鍍膜機(jī)SPH-2500進(jìn)行鍍膜,為了提高鍍層密著性,先鍍少量的鉻膜, 然后按頻率要求鍍銀膜,總膜厚約為1.73u。使得在離子束刻蝕加工前的頻率與目標(biāo)頻率的差為2000ppm~300ppm之間。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:離子束刻蝕頻率微調(diào)機(jī)使用昭和真空生產(chǎn)的SFE-6430T。離子槍的加速鉬片到晶片表面的距離為25mm,氬氣流量為0.35SCCM。

首先,進(jìn)行較大刻蝕速度對(duì)石英晶振,貼片晶振進(jìn)行刻蝕的實(shí)驗(yàn),測(cè)得偏移量。如表4和圖4÷5所示當(dāng)刻蝕速度在1000ppm/s到2000ppm/s的范圍,離子刻蝕后的偏移量隨著刻蝕速度的增加而有很大的升高。如當(dāng)刻蝕量為2000ppm時(shí),頻率偏移量山刻蝕速度為1000ppm/s的35.8ppm快速增長到刻蝕速度為2000ppm/s的89.8ppm。當(dāng)刻蝕量為3000ppm時(shí),頻率偏移量便會(huì)超過100pm。此外,從圖4-5中可以看出,在同一刻蝕速度下,刻蝕后的頻率偏移量還會(huì)隨刻蝕量的增加呈線性升高。

其次,進(jìn)行較低刻蝕速度對(duì)石英晶體,石英晶體諧振器進(jìn)行刻蝕的實(shí)驗(yàn),測(cè)得偏移量。如表4-2和圖4-6所示,與高速時(shí)的情況類似,刻蝕速度增加時(shí),刻蝕后的偏移量也會(huì)隨之增加。并且,在同一刻蝕速度時(shí),刻蝕后的偏移量也隨刻蝕量的增加而線性增大。從圖表中可以看出,刻蝕速度減小后,刻蝕后的偏移量也會(huì)減小很多。當(dāng)刻蝕速度減小到80ppm/s時(shí),刻蝕量為200pm時(shí),刻蝕后偏移量僅為2.5pm。如果進(jìn)一步控制刻蝕量,當(dāng)刻蝕量降到100ppm時(shí),刻蝕后偏移量僅為0.2ppm,基本接近于0。因此在實(shí)際生產(chǎn)時(shí),如果能將刻蝕速度控制到80pm/s,刻蝕量控制在100pm以下, 晶振的離子束刻蝕后的頻率偏差較大,且公差范圍較小,為了減少離子束刻蝕后頻率偏移產(chǎn)生的影響,提高產(chǎn)品的精度,可以采用3段加工模式,但是生產(chǎn)效率會(huì)有所降低)。

晶振離子刻蝕兩段加工模式如圖4-7所示,首先進(jìn)行H段加工,用高的刻蝕速度和大的刻蝕量,從加工前頻率開始加工,等加工到設(shè)定的中間目標(biāo)頻率后停止刻蝕,一段時(shí)間后,由于離子刻蝕后的晶振頻率偏移的影響,使頻率下降,回到L段加工前頻率。接著進(jìn)行L段加工,用低刻蝕速度和小刻蝕量,從L段加工前頻率開始加工,等加工到設(shè)定的最終目標(biāo)頻率后停止刻蝕,一段時(shí)間后,出于離子刻蝕后頻率偏移的影響, 使頻率下降,回到實(shí)際最終頻率,當(dāng)實(shí)際最終頻率在公差范圍內(nèi)就為良品,加工就結(jié)束。如果實(shí)際最終頻率低于公差范圍可以作為F-不良重新加工一次。如果實(shí)際最終頻率大于公差范圍,則只能作為F+不良而報(bào)廢。

而在實(shí)際生產(chǎn)過程中,由于操作員缺乏相關(guān)理論知識(shí),不能精確的對(duì)加工參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。使得加工的產(chǎn)品會(huì)因?yàn)榭涛g速度過快,產(chǎn)生較大的頻率偏移,或直接產(chǎn)生F+。而刻蝕速度太低不僅會(huì)降低加工的效率,當(dāng)時(shí)間超過設(shè)備的監(jiān)控時(shí)間后,就會(huì)直接出現(xiàn)F-不良。

例如,在實(shí)際應(yīng)用中,因?yàn)椴僮鲉T沒有系統(tǒng)的理解以上理論知識(shí),當(dāng)A品種的石英晶振在進(jìn)行離子刻蝕微調(diào)時(shí),發(fā)現(xiàn)頻率分布整體偏低,接近20ppm。因?yàn)閾?dān)心現(xiàn)F-不良,希望將整體頦率調(diào)鬲。此時(shí)應(yīng)該確認(rèn)是否是因?yàn)?/span>H段加工時(shí)的速度太慢, 導(dǎo)致L段加工前的頻率過低。使得在進(jìn)行L段加工時(shí),時(shí)間過長,超過了設(shè)備的監(jiān)控時(shí)間,而強(qiáng)制停止L段加工。

而操作員沒有經(jīng)過確認(rèn)就主觀的將最終日標(biāo)頻率調(diào)高, 發(fā)現(xiàn)頻率略有上升,但仍然偏低。就調(diào)高L段的刻蝕速度,剛開始有一定效果,但是沒有達(dá)到理想狀態(tài),就繼續(xù)調(diào)高L段刻蝕速度,此時(shí)不但沒有效果,反而因?yàn)樗俣忍?/span>,刻蝕后的頻率偏移使得頻率有略微的下降。并且出現(xiàn)因刻蝕速度的太高而產(chǎn)生的F+不良(如圖4-8)。因?yàn)闆]有專業(yè)技術(shù)繼續(xù)調(diào)整,并且認(rèn)為不良品數(shù)量不多,為了趕快完成當(dāng)日產(chǎn)量,就繼續(xù)加工制品。此時(shí),因?yàn)?/span>H段的刻蝕速度低,影響加工效率, 并由于F+的出現(xiàn),增加了產(chǎn)品的不良數(shù)。

圖4-8各參數(shù)設(shè)置不良時(shí)離子刻蝕后頻率偏移的頻率分布表

為了解決這一問題,本文通過前幾節(jié)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),制定標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)。首先將最終晶振頻率設(shè)定在0pm。然后為了將L段加工的頻率偏移盡可能減少,就將L段的刻蝕速度設(shè)定為80ppm/s。為了控制L段的刻蝕量在100pm左右,將中間目標(biāo)頻率設(shè)定在-45pm,H段加工速度設(shè)定為1600ppm/s,這是H段加工后的結(jié)果在50ppm~-0ppm之間,加上刻蝕后的頻率偏移使得L段加工的刻蝕量在-100pm120ppm之間。

按這樣的設(shè)定既可以保證L段加工的效率,也可以控制L段加工后的頻率偏移。使得最終實(shí)際頻率以晶振頻率為中心分布。將上述方法設(shè)定的參數(shù)作成作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書如圖4-9所示,讓作業(yè)員遵照?qǐng)?zhí)行。圖4-10是按此作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)操作,對(duì)制品加L后的頻率分布。山圖中可以看出頻率是以日標(biāo)頻率為中心分布的,并且分布比以前集中,也沒有不良出現(xiàn)。因此,本論文提出的方法可以提高產(chǎn)品的合格率。

晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展對(duì)于一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)、科學(xué)與技術(shù)、國防和社會(huì)安全有著非常重要的意義。由于制造、交通運(yùn)輸、通訊與信息技術(shù)的不斷迅猛發(fā)展,對(duì)時(shí)間和頻率測(cè)量的準(zhǔn)確度和精確度要求也越來越高。導(dǎo)航、定位、大地測(cè)量、天文觀測(cè)、網(wǎng)絡(luò)授時(shí)和同步以及電網(wǎng)故障檢測(cè)中都需要高穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度的晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)。按照頻率標(biāo)準(zhǔn)的性能指標(biāo)和應(yīng)用領(lǐng)域來劃分,可以將其分為一級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)(銫原子頻標(biāo))二級(jí)頻率標(biāo)準(zhǔn)(包括銣原子頻標(biāo)和高穩(wěn)石英晶體振蕩器)和其它頻率標(biāo)準(zhǔn)(包括除高穩(wěn)石英晶體振蕩器以外的其他石英晶體振蕩器)。表11列出了常用頻率標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度.

在各種高精度的頻率標(biāo)準(zhǔn)中,氫钅鐘中、銫鐘等都具有很好的長期和短期穩(wěn)定度,但價(jià)格非常昂貴,一般用于國家授時(shí)實(shí)驗(yàn)室,應(yīng)用范圍非常有限。雖然銣鐘和高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器等二級(jí)頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度不如一級(jí)頻標(biāo),但價(jià)格低廉,體積較小,應(yīng)用范圍非常廣泛。它們被廣泛用于通信、計(jì)量、應(yīng)用電子技術(shù)、電子儀器、航空航天、雷達(dá)和因防軍工等各個(gè)領(lǐng)域,作為關(guān)鍵器件發(fā)揮著重要的作用。近年來由于通信業(yè)和軍工方面的發(fā)展和需求,我國精密石英晶體和原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的需求也有了明顯的增長。

石英晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)的三個(gè)基本技術(shù)指標(biāo)是準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和老化率。晶振頻率標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)時(shí)的精確度會(huì)受到科技發(fā)展水平的限制。影響頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度主要是溫度和老化,因此,國內(nèi)外正在投入大量精力研究修正這些影響。下面詳細(xì)介紹這三種技術(shù)指標(biāo)

1.晶振頻率準(zhǔn)確度

用來描述頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出的實(shí)際頻率值與其標(biāo)稱頻率值的相對(duì)偏差。因?yàn)槭茴l率標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)在因素和外部環(huán)境(如溫度、濕度、壓力、震動(dòng)等)的影響,實(shí)際石英晶振頻率值并不是固定不變的,而是在一定范圍內(nèi)有起伏的值。計(jì)算表達(dá)式如下:

式中A為頻率準(zhǔn)確度;fX為實(shí)際頻率值;fO后為標(biāo)稱頻率為了得到準(zhǔn)確的fX,至少應(yīng)進(jìn)行6次測(cè)量,采樣時(shí)間應(yīng)該選擇相應(yīng)的頻率穩(wěn)定度影響可以忽略時(shí)的時(shí)間間隔。一般選擇的采樣時(shí)間為10s,使得在該時(shí)間內(nèi)被測(cè)頻標(biāo)的短期頻率穩(wěn)定度比其準(zhǔn)確度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。

2.晶振頻率穩(wěn)定度

由于各種外界干擾,例如電子線路的熱噪聲,石英晶體諧振器內(nèi)固有噪聲,器件的老化,環(huán)境條件的變化等,都會(huì)使石英晶體振蕩器的輸出頻率相對(duì)于標(biāo)稱值發(fā)生波動(dòng),這種波動(dòng)代表了輸出頻率的不穩(wěn)定度。目前使用的頻率穩(wěn)定度表征有兩種。即:頻域表征一相對(duì)頻率起伏的功率譜密度,它表現(xiàn)為信號(hào)的頻譜不純;時(shí)域表征一阿侖方差,它表現(xiàn)為頻率平均值的隨機(jī)起伏。二者在數(shù)學(xué)上是一對(duì)傅氏變換,因而是等效的。

實(shí)際的阿侖方差計(jì)算公式為:

式中f和f,分別為第i和第i+1次測(cè)量的頻率值;后為被測(cè)頻率源的頻率標(biāo)稱值, m為測(cè)量的次數(shù)。

3.晶振老化率的表征和測(cè)量

單位時(shí)間內(nèi)平均頻率的相對(duì)漂移量叫做漂移率。在石英晶體振蕩器中一般稱為老化率,而在原子頻標(biāo)中一般稱為漂移率。大多數(shù)頻標(biāo)經(jīng)過足夠的時(shí)間預(yù)熱后連續(xù)工作,在一段不太長的時(shí)間內(nèi)頻率的漂移呈現(xiàn)近似線性變化的特點(diǎn)。

老化率實(shí)用計(jì)算公式:

值;t為測(cè)量時(shí)序,i取1,2,3,…,N;fO為頻率源的標(biāo)稱頻率;n為一天的取樣次數(shù)。

由于石英晶振頻率值隨時(shí)間的變化并不僅僅是線性的,石英晶體振蕩器往往是對(duì)數(shù)老化規(guī)律或倒數(shù)老化規(guī)律,所以從理論上講,每天測(cè)量的點(diǎn)數(shù)n越多越好。但是從實(shí)際測(cè)量和計(jì)算的方便來講,又希望n取得越少越好。通過大量的實(shí)驗(yàn),表明每天測(cè)量的次數(shù)n取兩次就可以了。經(jīng)簡(jiǎn)化后,每天測(cè)量的次數(shù)n取兩次,測(cè)量H天的日老化率KDH的基本簡(jiǎn)化公式可以寫為:

原子頻標(biāo)的日漂移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于石英晶體振蕩器,因此一般按月漂移率給出。由于漂移率呈線性規(guī)律,所以月漂移率可以用日漂移率來推算。也就是:

由于高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器的老化率從更長的時(shí)間刻度來觀察呈現(xiàn)了隨著加熱時(shí)間的延續(xù)越來越小的特點(diǎn),所以國外在考察高穩(wěn)定度石英晶體振蕩器的年老化率時(shí)常常是在日老化率的基礎(chǔ)上乘以系數(shù)100。

晶振作為測(cè)量元件時(shí)的重要性能參數(shù)

石英晶振本身具有很多性能參數(shù),除了前面所提及的串聯(lián)諧振頻率、并聯(lián)諧振頻率外,還有制造公差、拐點(diǎn)溫度等,已經(jīng)有很多文獻(xiàn)對(duì)此作了論述但對(duì)于測(cè)量來說,選用石英晶體的重要原因是因?yàn)樗母哳l穩(wěn)定性和極小的振幅。所以本文只對(duì)晶體的品質(zhì)因數(shù)、頻率一電流特性、頻率一溫度特性進(jìn)行了論述。

  晶體的品質(zhì)因數(shù)Q是晶體的最重要參數(shù)。在一定程度上,當(dāng)其他條件相同時(shí),Q值越高晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度越高,石英晶振晶體的品質(zhì)因數(shù)Q是由晶體的動(dòng)態(tài)參數(shù)決定的,即：

其中ω為測(cè)試系數(shù)。

晶振的品質(zhì)因數(shù)通常不作規(guī)定,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)部件,Q值通常在20000-200000之間,精密晶體可高達(dá)5×10°,這比傳統(tǒng)的微懸臂的Q值要高100-1000倍。

石英晶體諧振器的頻率一電流特性,就是激勵(lì)電平和諧振頻率的關(guān)系,它是由石英晶振的物理特性決定的。激勵(lì)電平通常以晶振的耗散的功率、流過晶振的電流以及晶振兩端的電壓來量度,晶振電流的變化使其串聯(lián)諧振頻率發(fā)生交化。石英晶振的諧振頻率相對(duì)變化與晶振電流的關(guān)系,可以用下面的近似關(guān)系表示：

其中D是振的電流常數(shù)

從上述關(guān)系式可以看出,當(dāng)激勵(lì)電平增大時(shí),產(chǎn)生了以下影響:(1)頻率產(chǎn)生了漂移,長期穩(wěn)定性變壞。石英晶振晶振的彈性常數(shù)發(fā)生了變化,因此引起了頻率的漂移,隨著晶振的激勵(lì)電流增高,晶振的頻率穩(wěn)定性顯著下降。(2)晶振溫度增加。當(dāng)晶振的激勵(lì)電平過高時(shí),使得石英貼片晶振被加熱到熱平衡的溫度也引起了頻率變化。(3)產(chǎn)生了寄生振蕩。(4)等效電阻加大。內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)加劇,使得等效電阻加大,Q值下降。

在實(shí)際測(cè)量中,當(dāng)激勵(lì)電流過大時(shí),石英貼片晶振振蕩的幅值過大,導(dǎo)致測(cè)量的精度下降,同時(shí)不易控制樣品表面與針尖之間的距離,所以一般不能采用較高的激勵(lì)電流。但是激勵(lì)電平也不能過小,否則由于噪聲電平的限制,使瞬態(tài)穩(wěn)定性變壞,這樣獲得的圖像質(zhì)量就比較差。

晶振的另外一個(gè)值得注意的參數(shù)是晶振的頻率一溫度特性,所謂晶振的頻率一溫度特性就是石英晶振的諧振器的頻率隨溫度變化而變化的特性。晶振的工作溫度變化時(shí),晶格變形,從而使得其串聯(lián)諧振電路發(fā)生變化。石英晶體諧振器在溫度較窄的范圍中,具有較小的溫度系數(shù),這就是說頻率受溫度的變化的影響比較小。但隨著溫度變得較低(<50°C)和變得較大時(shí)(>80°C)時(shí),石英諧振器的頻率隨著溫度的變化有較大的變化。在國外的文獻(xiàn)中已經(jīng)有報(bào)道將晶振放在真空、低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量,這時(shí)晶振的頻率將與常溫時(shí)有

明顯的不同,而且石英晶體諧振器切型不同,晶振頻率的變化方向也不同,所以在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該對(duì)測(cè)試溫度和環(huán)境加以控制。同時(shí)由于測(cè)試環(huán)境的變化,如何保持儀器的穩(wěn)定性, 也是一個(gè)值得注意的問題。

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石英晶振的頻率是出石英品片的厚度以及電極膜的厚度決定的,為此,當(dāng)調(diào)整此厚度就可以調(diào)整石英晶振的頻率。石英晶振的制作過程是先將石英晶片從石英晶體上按一定角度切下,然后按一定尺寸進(jìn)行研磨,接著在晶振晶片兩面涂覆金屬電極層,此時(shí)與目標(biāo)頻率相差2000ppm~3000p0m,每個(gè)電極層與管腳相連與周圍的電子元器件組成振蕩電路,隨后進(jìn)行頻率微調(diào),使其與目標(biāo)頻率的差可以減少到2ppm以下。最后加上封裝外殼就完成了。

石英晶振的頻率微調(diào)是對(duì)每個(gè)石英晶振邊測(cè)頻率,邊調(diào)整電極膜的厚度。使頻率改變,達(dá)到或接近目標(biāo)頻率。電極膜厚的調(diào)整方法主要有兩種,真空蒸著法和離子束刻蝕法。

真空蒸著法是在石英晶片的電極膜上用加熱蒸著的辦法繼續(xù)增加電極膜的厚度, 達(dá)到調(diào)整頻率的目的。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于控制。缺點(diǎn)是在石英貼片晶振晶片表面產(chǎn)生多層電極膜,并且密著度會(huì)變差,當(dāng)石英晶振小型化時(shí),會(huì)使原來的電極膜和調(diào)整膜的位置發(fā)生偏移,使石英晶振的電氣性能降低.

離子刻蝕頻率微調(diào)法,是用離子束將電極膜打簿,調(diào)整石英晶振的頻率。因此,不會(huì)產(chǎn)生多層電極膜,也不會(huì)有電極膜和調(diào)整膜的位置偏移,石英晶振的電氣性能也不會(huì)降低。

晶振英文名為Crystal,它是時(shí)鐘電路中最重要的部件,它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率,它就像個(gè)標(biāo)尺,工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定,自然容易出現(xiàn)問題.由于制造工藝不斷提高,現(xiàn)在石英晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù)指標(biāo)都很好,已不容易出現(xiàn)故障,但在選用時(shí)仍可留意一下晶振的質(zhì)量.

有源晶振是采用石英晶體的振蕩器,它的精度很高,而且能產(chǎn)生非常穩(wěn)定的頻率,穩(wěn)定性也要好于分立元件式振蕩器.在作用上來看,可以說晶振是各板卡的“心跳”發(fā)生器,人的“心跳”如果亂了就會(huì)生病,同樣,如果電腦板卡的“心跳”亂了同樣會(huì)出現(xiàn)各種怪故障.

      日本NDK晶振是業(yè)內(nèi)人士都知道的,聲譽(yù)好,品質(zhì)高,與KDS晶振,精工晶體,愛普生晶振,京瓷晶振等國際品牌齊名.NDK晶振集團(tuán)的中文全名為日本電波株式會(huì)社,所生產(chǎn)晶振選用材料無鉛環(huán)保,早已獲得國際質(zhì)量管理體系認(rèn)證,具有使用可靠性高,低損耗等特點(diǎn).

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      貼片晶振中目前來說廣泛應(yīng)用的最小體積就是1.6x1.2mm晶振,而世界最小尺寸也就僅有1.0x0.8mm,是京瓷CX1008晶振,最通用的大體積貼片晶振7050晶振和8045晶振. 11.80mm x 5.50mm晶振是MHZ貼片晶振中體積較大的一款,隨著產(chǎn)品小型化發(fā)展逐漸被小體積貼片晶振所替代.NX1255GB晶振是NDK晶振的型號(hào),列表中為常用頻點(diǎn),精度范圍控制在±50ppm值,具有精度偏差小,使用穩(wěn)定性高等特點(diǎn).NX1255GB晶振采用陶瓷面封裝,具有電氣性好,抗振性強(qiáng),被廣泛用于汽車電子,辦公自動(dòng)化,家用電器,兒童玩具等產(chǎn)品中.