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PETERMANN時鐘元件的趨勢遙遙領(lǐng)先

時鐘元件的趨勢:更小和更高的頻率穩(wěn)定性

時鐘產(chǎn)品的尺寸和頻率穩(wěn)定性會影響終端設(shè)備的尺寸和功耗。電池供電產(chǎn)品的開發(fā)人員尤其需要精確而緊湊的頻率發(fā)生器——這是振蕩石英市場技術(shù)現(xiàn)狀的概述。
石英晶體(或僅僅是石英)在20世紀(jì)20年代初發(fā)展成為無線電工程中使用的實用石英。今天，我們在現(xiàn)代科技生活中已經(jīng)離不開石英了。近年來，從金屬外殼中的大型THT(通孔技術(shù))和SMD石英(表面貼裝器件)到陶瓷外殼中的小型化SMD石英，出現(xiàn)了重大轉(zhuǎn)變。對更小外殼中更高頻率振蕩石英的需求是這一趨勢的一大驅(qū)動力。由于技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)中的幾項創(chuàng)新，在不降低性能或增加成本的情況下，大幅縮小振蕩石英的結(jié)構(gòu)尺寸成為可能。
此時此刻外形尺寸為3.2 x 2.5毫米貼片晶振在各種應(yīng)用中大量使用，主要與石英的電阻優(yōu)化有關(guān)，以便在規(guī)定的工作溫度范圍和8.0至64.0 MHz(基音)的頻率范圍內(nèi)獲得最佳振蕩性能。它們可以在高達(dá)500 W的驅(qū)動電平下工作(頻率范圍為12.0至64.0 MHz)。對于要求特別高的應(yīng)用，頻率容差高達(dá)10 ppm的元件和溫度范圍為-55至125攝氏度都是可用的。

Fox Quartz Crystal設(shè)計與制作，美國FOX公司是一家超級注重于品質(zhì)的元器件供應(yīng)商，為了好的品質(zhì)不惜一切代價在一個小細(xì)節(jié)上面死磕，只為了讓用戶好的體驗，憑借著精湛的工藝，卓越的性能，過硬的品質(zhì)使得其在行業(yè)之中得到無數(shù)的稱贊，隨著不斷增長的需求，福克斯公司意識到新的機(jī)會來臨，便利用長期積累的經(jīng)驗，針對新的需求開發(fā)高質(zhì)量低成本的石英晶振，產(chǎn)品具有輕薄小低功耗低損耗的特點，比較適合用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，智能產(chǎn)品，電子數(shù)碼等領(lǐng)域.

晶體僅在最終應(yīng)用中提供頻率選擇元件。有外部并且需要增益級來實現(xiàn)最終所需的時鐘信號。這個晶體頻率范圍通常被認(rèn)為小于160MHz。這個頻率以上的晶體需要復(fù)雜的電路設(shè)計，調(diào)諧困難，需要專門的高頻晶體。

需要提供CMOS或BJT增益級，有許多可接受的配置。這個該級的輸入和輸出阻抗會影響電路Q。放大器噪聲水平會影響這兩者相位噪聲和抖動。該級如何在有源增益區(qū)偏置對振蕩器至關(guān)重要啟動。此外，該階段的帶寬會影響啟動特性。如果振蕩器電路為了在泛音上操作晶體，放大器中需要一個頻率選擇裝置電路，以確保電路在所需的晶體泛音處僅具有所需的增益和相移。
振蕩器電路在晶體諧振時產(chǎn)生交流電流。此交流電流或驅(qū)動器液位必須低于臨界值，否則晶體可能會損壞。過大的電流會導(dǎo)致晶體運動超過彈性極限而斷裂。XY切割（音叉）32.768KHz手表晶體必須限制在約5µA或更小，否則晶體的尖端將斷裂。
>1MHz的SMD無源晶體通常是AT切割晶體。這些設(shè)備可以容忍較寬的驅(qū)動器級別范圍在達(dá)到毫瓦驅(qū)動水平之前，不會發(fā)生斷裂。增加的老化可能發(fā)生在更高的µW驅(qū)動范圍。過度驅(qū)動晶體會激發(fā)不想要的振動模式。這些可以導(dǎo)致在不同的狹窄溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的頻率跳躍。
在大多數(shù)情況下，晶體在無功負(fù)載下運行。這樣可以調(diào)整最終最終應(yīng)用中的頻率。這通常需要校正頻率變化與水晶的時間。CLOAD值決定了頻率與負(fù)載電容的靈敏度。AT切割晶體對于低值可以具有30ppm/pF的靈敏度。使用更高的負(fù)載值電容降低了靈敏度，但增加了振蕩啟動的難度。CLOAD溫度特性可以改變振蕩器的頻率對溫度的響應(yīng)。
晶體的頻率響應(yīng)由晶體穿過原子的切口決定石英晶體的平面。這導(dǎo)致了穩(wěn)定且可重復(fù)的溫度響應(yīng)。這個曲線圖顯示了AT切割晶體的不同切割的頻率-溫度響應(yīng)。每個曲線有2分鐘的弧度不同。

每條曲線是通過石英晶體的原子平面的切割的2分鐘弧的變化。

晶體有許多參數(shù)需要指定，以確保接收到符合最終應(yīng)用程序要求。
•頻率
•校準(zhǔn)，設(shè)定點為25°C

•CLOAD
•穩(wěn)定性，頻率與25°C溫度的關(guān)系
•工作溫度范圍
•Cl的最大ESR，晶體諧振電阻
•C0范圍，引腳間電容
•LMOTIONAL或CMOTIONAL，設(shè)置晶體的拉出能力
•驅(qū)動級別
•頻率和電阻的驅(qū)動電平依賴性（DLD）
•老化
•絕緣電阻
還有其他規(guī)范，如每°C允許的最大頻率變化，或平滑曲線允許的最大響應(yīng)（擾動控制）。

進(jìn)貨檢驗或測試需要專用設(shè)備：
•晶體阻抗計（CI計）
•具有特殊測試夾具和軟件的網(wǎng)絡(luò)分析儀
電路板布局對于實現(xiàn)最佳性能至關(guān)重要。以下是一些注意事項：
•導(dǎo)線長度必須盡可能短。
•晶體引線阻抗高，對噪聲非常敏感。
•電容器和晶體封裝的接地節(jié)點不得涉及循環(huán)噪聲源的電流。
•如果引線上的泄漏路徑低于500K歐姆，這可能會影響振蕩器的啟動并且還將使頻率偏移多達(dá)幾個ppm。