石英晶体谐振器单片晶体滤波器石英晶体振荡器声表面波谐振器及声表面波滤波器等系列产品
Item Application Notes
石英晶体
当对晶体的表面施加一外力时，它会产生电压；相反地，当对晶体表面施加一电压时，机械形变振动就会产生。这些振动的频率取决于晶体的设计和振荡器电路，也称为石英晶体谐振器。它们因其高Q值，高稳定性和体积小的高度结合而被广泛地应用于频率控制领域。它们由石英晶体合适的安装，封装和空白电极组成。频率范围由几百赫兹到几兆赫兹不等。
晶体振荡器
这种晶体振荡器拥有较强的频率稳定性。它最适用于钟表和数字设备。时钟振荡器被广泛地应用于无线电设备，电子器械和住房设施等产品。
S.P X.O
(简易包装晶体振荡器)
频率和温度之间的特性是应用中晶体振荡器的温度特性（AT 切振荡器的三维曲线图被用于大多数案例中）和振荡电路的温度特性(这个特性是可以被看成接近直线)的总量，因而表现为一个三维曲线图。为了提高频率和温度之间的整体特性，温补电容常用于平衡电路中温度特性的偏差，如图1所示。
如上所述，简易封装型晶体振荡器覆盖的温度范围从±5×10–6到±1000×10–6 。
这些振荡器主要用于微型通讯工具，广播设施和测量仪器等的基准振荡器。
T.C.X.O (温补晶体振荡器)
晶体振荡器的温度特性主要取决于晶体谐振器，一般显示三维曲线（AT 切）为了确保满足温度的特性，有必要保持晶体周围的温度与工作温度一致或用一个恒温箱。
温补振荡器设计的满足的温度范围包含了一个非常广的范围，并与温补电路联合使用。以上所说的条件要被考虑在内。
温补振荡器有两种。一种是与电阻或电容联合使用，用电热调节器作为热敏设备。另一种就是由温补电路连接到LSI电路上来做为热敏设备。至于大规模的温补电路，所有的震荡电路都集中到一块芯片上。尽管是取决于补偿电路和特定温度范围的结合，但是温度特性在三维到五维曲线图上得以显示(见图二)。
这些晶体振荡器在很短的时间内消耗更少的电。这些振荡器用在多种通讯设备上（移动电话，全球定位系统，陆上无线电，微波通信设备和卫星通信系统），也被用于测量仪器的参考振荡，如频率计数器，合成器等。
V.C.X.O (压控晶体振荡器)
压控晶体振荡器通过插入可变电容二极管串联到晶体上而产生的电压，来改变二极管电容，以此获得可变频率与施压的可变电容二极管晶体的负载电容特性相符，同时，晶体电容的特性和振荡频率的结合必须考虑到。因此，大范围的频率变化和直线性频率都是可以实现的频率波段包括的范围从0.6 到 670MHz 。
晶体振荡器的温度特性同简易包装振荡器（SPXOS）是相同的。温度特性的总和相当于晶体的.f/f (×10–6) ，从三维曲线中可看出振荡电路的温度特性。这种振荡器主要用于传输机、交换机、PLLS，调频机，扫频仪等。
O.C.X.O
(恒温晶体振荡器)
恒温晶体振荡器将维持晶体的周围温度。恒温烘炉，提供优于其他振荡
器的温度特性。
AT 切的晶体振荡器的温度特性参考三维曲线中所示烘炉中温度由零度
系数到高温度，这个温度是由振荡器在烘炉中的位置和恒温烘炉的温度特
性来决定的。
另外，工作温度范围的底限是由耗电量的最大值来决定的，最高限则是
由恒温烘炉的温度设置和电路中的热能及电量的损耗来决定的。 此所介绍的温晶体振荡器通常被称作是高稳定性晶体振荡器。为了达到
高频率的稳定性，晶体频率范围要控制在4~~70 MHz 之间。高稳定性的晶
体振荡器的频率高延伸到200 MHz ，它是在商业基础上递增生产的。
石英振荡器主要用于在完善的环境下用高技术开发和生产的振荡器
上。利用这些卓越的晶体可以生产带有以下特性的晶体振荡器，如频率老
化特性，短期稳定性，频率重复性，相位噪音和温度特性。恒温晶体振荡
器最适合用于各种移动通信设备和各种电力测量仪器如频率计数器，光谱
分析器等等。
V.C.T.C.X.O
(压控温补振荡器) 优良的温度特性，低电能损耗，轻重量，紧密，速热，这些完美特性理想化地适用于诸多通讯设备，如手提电话，双频设备，无绳电话，微波通
讯设备，卫星通讯，测量仪器和其他应用等。
M.C.F
(单片晶体滤波器) 单片晶体滤波器成为晶体滤波器应用最广泛的形式。他的主要优势在于
其微小的设计，从而取代了大型号的电子元件。这是由两个或更多个谐振
器连接到石英空白处来实现的。每一个谐振器是由一对电极接到石英空白
的反方向上而组成的。尺寸，形状和电极以及空白的厚度间隔决定了滤波器的电极效能。单片晶体滤波器在窄通带内实现了理想的低插入损耗通带
滤波器的特性。除此之外还有较好的电容性、温度以及老化率。
它被广泛地应用于移动无线电通讯，汽车电话，无线电话，寻呼机和测
量设备等领域。
中频滤波器
任何现代的接收系统的最重要的组成部分之一就是带宽限制成分。通常，带通滤波器是中频滤波器的接收系统。这个部分或许是在其他信号和热能噪音之前最能决定整个系统的部分了。
低损耗带通滤波器
低损耗滤波器被典型地用于发报机输出，以降低和声上和宽带上的噪音，并可在接收输入时将高频率传输降低为基本的负载。
射频声表面波滤波器
声表面波滤波器将电能信号转化为声表面波。从而控制频率和相位特性，同时也如带通滤波器操作一样除去不必要的信号。
声表面波延迟线
声表面波延迟线被用做一个储存元件，从而在利用它在实现滤波器功能时的振幅特性而引起一个时间分集。同样，它的相位特性还可以用来引起传输振荡。
声表面波谐振器
声表面波谐振器，不是一个端口就是两个端口，它是高稳定性振荡器电路的一部分。包含非常广的频率范围，从几兆赫兹到接近1.2E 这些可靠的元件达到了低损耗和典型的频率变化
无线局域
无线局域是局域网的一种类型，它是用高频率的无线声波在网点间传输数据，而不是用电线。它是一个灵活的数据传输系统工具，是在建筑物或校园中的有线网络的延伸。
DTV (HDTV,CATV)
数字电视用ON/OFF 数字串来发送图片和声音，而不是改变数字模拟信号。因为数字图片和声音通常以无线品质而不是沿线扭曲。
蓝牙
蓝牙是全球性的无线连接。在基于低成本，短射程的无限链接，蓝牙将切断捆绑数据设备的塞绳。当两个蓝牙设备相距10之内时，它们可以建立链接。因为蓝牙利用了无线基础连接，不需要信号线达到链接。手提可以发信号在隔壁房间打印，你的分机也可以发送信号到你的手机告诉你饭
已做好。
石英晶体谐振器 一、术语解释 1、标称频率：晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。 2、工作频率：晶体与工作电路共同产生的频率。 3、调整频差：在规定条件下，基准温度（25±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的偏差。 4、温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度 （25±2℃）时工作频率的允许偏差。 5、老化率：在规定条件下，晶体工作频率随时间而允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。 6、静电容：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用C0表示。 7、负载电容：与晶体一起决定负载谐振频率fL的有效外界电容，通常用CL表示。负载电容系列是：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF、50PF、100PF。只要可能就应选推荐值：10PF、20PF、30PF、50PF、100PF。 8、负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时的两个频率中的一个频率。在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。 9、动态电阻：串联谐振频率下的等效电阻。用R1表示。 10、负载谐振电阻：在负载谐振频率时呈现的等效电阻。用RL表示。
RL＝R1（1+C0/CL）2 11、激励电平：晶体工作时所消耗功率的表征值。激励电平可选值有：2mW、1mW、、、、50μW、20μW、10μW、1μW、μW等 12、基频：在振动模式最低阶次的振动频率。 13、泛音：晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比接近整数倍但不是整数倍，这是它与电气谐波的主要区别。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。 二、应用指南 石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为HC-49U、HC-49U/S、 HC-49U/S?SMD、UM- 1、UM-5及柱状晶体等。 HC-49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。 HC-49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。 HC-49U/S?SMD为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。 柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时器、电子钟、计算器等。 UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。 石英晶体谐振器主要用于频率控制和频率选择电路。本指南有助于确保
燕山大学石英晶体振荡器设计报告 题目： 专业：电子信息工程 姓名：李飞虎 指导教师：李英伟 院系站点：信息科学与工程学院 2014年11 月17 日 高频石英晶体振荡器仿真报告
1.振荡器电路属于一种信号发生器类型，即表现为没有外加信号的情况下能自动生成具有一定频率、一定波形、一定振幅的周期性交变振荡信号的电子线路。振荡器起振时是将电路自身噪声或电源跳变中频谱很广的信号进行放大选频。此时振荡器的输出幅值是不断增长的，随着振幅的增大，放大器逐渐由放大区进入饱和区或者截止区，其增益逐渐下降，当放大器增益下降而导致环路增益下降到1时，振幅的增长过程将停止，振荡器达到平衡，进入等幅振荡状态。振荡器进入平衡状态后，直流电源补充的能量刚好抵消整个环路消耗的能量。 2，串联晶体振荡器 在串联型晶体振荡器中，晶体接在振荡器要求低阻抗的两点之间，通常接在反馈电路中。图1-1和图1-2显示出了一串联型振荡器的实际路线和等效电路。可以看出，如果将石英晶体短路，该电路即为电容反馈的振荡器。电路的实际工作原理为：当回路的谐振频率等于晶体的串联谐振频率时，晶体的阻抗最小，近似为一短路线，电路满足相位条件和振幅条件，故能正常工作；当回路的谐振频率距串联谐振频率较远时，晶体阻抗增大，是反馈减弱，从而使电路不能满足振幅条件，电路不能正常工作。串联型晶体振荡器只能适应高
次泛音工作，这是由于晶体只起到控制频率的作用，对回路没有影响，只要电路能正常工作，输出幅度就不受晶体控制。 图1-1 图1-2 设计参数在仿真图上，首先进行静态分析，根据仿真，各元件参数符合要求。对于振荡器，当该电路接为串联型振荡器时，晶体起到选频短路线的作用，（与三端电容振荡器相同）输出频率应为3MHZ. L1,C1,C2组成谐振回路，参数符合要求，即f0=3MHZ。 3.并联晶体振荡器 并联振荡器分为c-b型和b-e型。前者相对稳定。所以我设计的是c-b型。 参数分析与前者类似。交流参数确定时，并联振荡电路中晶振接在谐振回
石英晶体振荡器的基本工作原理及作用 (1)石英晶体振荡器（简称晶振）的结构石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑胶封装的。(2)压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐 振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 (3)符号和等效电路石英晶体谐振器的符号和等效电路如图所示。当晶体不振动时，可把它看 成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个pF到几十pF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L來等效。一般L的值为几十mH到几 百mH。晶片的弹性可用电容C來等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因 摩擦而造成的损耗用R來等效，它的數值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小， R也小，因此回路的品质因數Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只 与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定性。
石英晶体谐振器应用 石英晶体谐振器的应用利用电信号频率等于石英晶片（或棒）固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件。它由石英晶片（或棒）、电极、支架和外壳等构成，在稳频、选频和精密计时等方面有突出的优点，是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。 石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为49U、49U/S、49U/S、1、5及柱状晶体等。 49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。 49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。 49U/S·SMD为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。 柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时器、电子钟、计算器等。 UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。 石英晶体谐振器应用于频率控制和频率选择电路。本指南有助于确保不出现性能不满意、成本不合适及可用性不良等现象。 1、振动模式与频率关系：
基频1～35MHz 3次泛音10～75MHz 5次泛音50～150MHz 7次泛音100～200MHz 9次泛音150～250MHz 2、晶体电阻：对于同一频率，当工作在高次泛音振动时其电阻值将比工作在低次振动时大。 "信号源+电平表"功能由网络分析仪完成 Ri、R0：仪器内阻：一般为50Ω R1--滤波器输入端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。 R2--滤波器输出端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。 在滤波器条件的匹配阻抗中有时有并接电容要求，应按上图连接。 3、工作温度范围与温度频差：在提出温度频差时，应考虑设备工作引起的温升容限。当对温度频差要求很高，同时空间和功率都允许的情况下，应考虑恒温工作，恒温晶体振荡器就是为此而设计的。 4、负载电容与频率牵引：在许多应用中，都有用一负载电抗元件来牵引晶体频率的要求，这在锁相环回路及调频应用中非常必要，大多数情况下，这个负
实验四石英晶体振荡器 一、实验目的 1、熟悉石英晶体振荡器的基本工作原理； 2、掌握静态工作点对晶体振荡器工作的影响。 3、掌握晶体振荡器频率稳定度高的特点，了解晶体振荡器工作频率微调的 方法。 二、实验原理 1、电路与工作原理 一种晶体振荡器的交流通路如图4-1所示。若将晶体短路,则L1、C2、C3就构成了典型的电容三点式振荡器(考毕兹电路)。因此，图4-1的电路是一种典型的串联型晶体振荡器电路（共基接法）。若取L1=4.3μH、C2=820pF、C3=180pF，C4=20nF，则可算得LC并联谐振回路的谐振频率f≈6MHz，与晶体工作频率相同。图中，C4是微调电容，用来微调振荡频率 C5是耦合电容，R5是负载电阻。很显然，R5越小，负载越重，输出振荡幅度将越小。 图4-1 晶体振荡器交流通路 2、实验电路
如图4-2所示。1R03、1C02为去耦元件，1C01为旁路电容，并构成共基接法。1W01用以调整振荡器的静态工作点（主要影响起振条件）。1C05为输出耦合电容。1Q02为射随器，用以提高带负载能力。实际上，图4-2电路的交流通路即为图4-1所示的电路。 三、实验内容 1、观察振荡器输出波形，测量振荡频率和振荡电压峰值Vp-p。 2、观察静态工作点等因素对晶体振荡器振荡幅度和频率的影响。 四、实验步骤 （一）模块上电 将晶体振荡器模块⑤，接通电源，此时电源指示灯点亮。 （二）测量晶体振荡器的振荡频率 把示波器接到1P01端，顺时针调整电位器1W01，以改变晶体管静态工作点，读取振荡频率（应为6MHZ）。 （三）观察静态工作点变化对振荡器工作的影响
石英晶体振荡器设计报告 张炳炎 09微电03 目录 1 设计要求 2 设计方案论证 a.电路形式的选取 b.参数的设计、估算 c. 设计内容的实现 3 电路的工作原理 4 晶体振荡器的特点 5 电路设计制作过程中遇到的主要 问题及解决方法、心得和建议 6 参考文献 7 附录
1设计要求 （1）晶体振荡器的工作频率在100MHZ以下 （2）振荡器工作可调，反馈元件可更换 （3）具有三组不同的负载阻抗 （4）电源电压为12V （5）在10K负载上输出目测不失真电压波形Vopp>=4V,振荡器频率读出5为有效数字 2设计方案论证 a.电路形式的选取: 串联型石英晶体振荡器 串联型石英晶体振荡器交流等效电路 石英晶体的物理和化学性能都十分稳定,等效谐振回路具有很高的标准性,Q值很高,对频率变化具有极灵敏的补偿能力具有.利用石英晶体作为串联谐振元件,在谐振时阻抗接近于零,此时正反馈最强,满足振荡条件.因此,电路的振荡频率和频率稳定度都取决于石英晶体的串联谐振频率.
b.参数的设计、估算 选用石英晶体（6M）作为串联谐振元件，提高振荡器的标准性，三极管为高频中常用的小功率管9018，作为放大电路的主要器件，选用阻值较大的可调电阻Rp（50k）来调节电路的静态工作点，使输出幅值达到最大而不失真，在LC 组成的谐振回路加可变电容（100p）调节谐振频率。三组负载分别为1k、10k、110k，用来比较对振荡器频率及幅值的影响。 c. 设计内容的实现 ○1输入电源电压12V,测试电路的静态工作点, 三极管 Vbe>,Vc>Vb>Ve,三极管工作在放大区。 ○2输出端接上示波器，观察到正弦波，通过改电位器、可变电容使输出的幅值达到最大。 ○3改变负载值，测量不同负载下电路输出的频率及幅值大小。可知,负载几乎对频率没有影响,因为输出的频 率主要由石英晶体决定,而幅值随着负载的减小而略 微下降,当空载时幅值最大。
石英晶体、晶振介绍 文摘2010-10-25 23:36:39 阅读50 评论0 字号：大中小订阅 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器、手机等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。可以说只要需要稳定时钟的地方，就必需要有晶体振荡器。一：认识晶体、晶振 常见晶体振荡器有两类，一类是无源晶体，也叫无源晶振，另一类是有源晶振，也叫钟振。 无源晶体外形如下图： （HC-49S 插脚） （HC-49S/SMD 贴片） 无源晶体以以上两种封装的晶体最为常用，广泛应用于普通设备上，尤其是嵌入式设备，若对体积大小有要求，可以选择更小的贴片封装，如下图： （XG5032 贴片）（XS3225 贴片1，3脚有效，2，4脚为空脚） 当前消费类电子如手机，MP4，笔记本等，XS3225封装最为常用。具体关于晶体的封装及参数信息，请参考国内最大的高端晶体晶振厂家：浙江省东晶电子股份有限公司网站提供的信息：https://www.doczj.com/doc/4412918786.html,/product.aspx/23 无源晶体说穿了就是封装了一下晶体，在晶体两面镀上电极引出两根线即可，那么有源晶振就是在无源晶体的基础上加了一个晶体振
荡电路，，比如采用一个74HC04或者54HC04之类的非门与晶体勾通三点式电容振荡电路，所以它具有电源，地，时钟输出三个脚，有些还会增加一个脚，就是晶振工作控制脚，当不需要工作的时候，可以关掉晶振降低功耗。如下图： （OS3225 与XS3225外形一样，只是脚位定义不同1：EN控制脚，2：GND地，3：OUT信号输出，4：VCC电源，一般为3.3V 或者5V）。 晶振内部振荡电路等效图如下： 非门5404的输出脚2就是信号输出脚。 二：晶体振荡电路原理分析（本篇由东晶电子网上独家代理创易电子提供技术文档https://www.doczj.com/doc/4412918786.html,） 我们以最常见得MCU振荡电路为例,参考电路如下：
AN2867 应用笔记 ST微控制器振荡器电路 设计指南 前言 大多数设计者都熟悉基于Pierce(皮尔斯)栅拓扑结构的振荡器，但很少有人真正了解它是如何工 作的，更遑论如何正确的设计。我们经常看到，在振荡器工作不正常之前，多数人是不愿付出 太多精力来关注振荡器的设计的，而此时产品通常已经量产；许多系统或项目因为它们的晶振 无法正常工作而被推迟部署或运行。情况不应该是如此。在设计阶段，以及产品量产前的阶 段，振荡器应该得到适当的关注。设计者应当避免一场恶梦般的情景：发往外地的产品被大批 量地送回来。 本应用指南介绍了Pierce振荡器的基本知识，并提供一些指导作法来帮助用户如何规划一个好的 振荡器设计，如何确定不同的外部器件的具体参数以及如何为振荡器设计一个良好的印刷电路 板。 在本应用指南的结尾处，有一个简易的晶振及外围器件选型指南，其中为STM32推荐了一些晶 振型号(针对HSE及LSE)，可以帮助用户快速上手。
目录ST微控制器振荡器电路设计指南目录 1石英晶振的特性及模型3 2振荡器原理5 3Pierce振荡器6 4Pierce振荡器设计7 4.1反馈电阻R F7 4.2负载电容C L7 4.3振荡器的增益裕量8 4.4驱动级别DL外部电阻R Ext计算8 4.4.1驱动级别DL计算8 4.4.2另一个驱动级别测量方法9 4.4.3外部电阻R Ext计算 10 4.5启动时间10 4.6晶振的牵引度(Pullability) 10 5挑选晶振及外部器件的简易指南 11 6针对STM32?微控制器的一些推荐晶振 12 6.1HSE部分12 6.1.1推荐的8MHz晶振型号 12 6.1.2推荐的8MHz陶瓷振荡器型号 12 6.2LSE部分12 7关于PCB的提示 13 8结论14
辽宁工业大学 高频电子线路课程设计（论文）题目：石英晶体振荡器电路设计 院（系）：电子与信息工程学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间： 2014.6.16-2014.6.27
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院 教研室： 电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量50% 答辩30% 以百分制计算 学 号 学生姓名 专业班级 课程设计（论文）题目 石英晶体振荡器电路设计 课 程设计（论文）任务 要求：1．设计一个石英晶体振荡器 2．能够观察输入输出波形。 3．观察振荡频率。 参数：振荡频率10000HZ 左右。 设计要求： 1 .分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 2 .确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、成本的高低及制作的难易等方面作综合比较，并考虑器件的来源，敲定可行方案。 3 .设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个设计。 4 .组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指导教师评语及成绩 平时成绩(20%)： 论文成绩(50%)： 答辩成绩(30%)： 总成绩： 学生签字： 年 月 日
目录 第1章绪论 (1) 1.1石英晶体振荡器 (1) 1.2设计要求 (1) 第2章石英晶体振荡器设计电路 (2) 2.1石英晶体振荡器总体设计方案 (2) 2.2具体电路设计 (2) 2.2.1串联型晶体振荡器 (2) 2.2.2并联型晶体振荡器 (4) 2.2.3输出缓冲级设计 (5) 2.3元件参数的计算 (5) 2.4Multisim软件仿真 (6) 2.4.1串联型振荡器输出测试 (6) 2.4.2并联型振荡器输出测试 (7) 第3章课程设计总结 (9) 参考文献 (10) 附录Ⅰ总体电路图 (11) 附录Ⅱ元器件清单 (12)
石英晶体谐振器基本知识介绍 1、石英晶体谐振器简介 石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件。在有线通讯、无线通讯、广播电视、卫星通讯、电子测量仪器、微机处理、数字仪表、钟表等各种军用和民用产品中得到了日益广泛的应用。我公司的石英晶体谐振器不仅广泛应用于国家重点军事及航天工程中，也为“神舟”系列飞船及其运载火箭进行了多次成功配套。 2、石英晶体谐振器名词术语 1) 标称频率：晶体元件技术规范中规定的频率，通常标识在产品外壳上，它与晶体元件的实际工作频率有一定的差值。 2) 工作频率：晶体元件与其电路一起产生的振荡频率。 3) 调整频差：在规定条件下，基准温度（25℃±2℃）时工作频率相对于标称频率所允许的最大偏差。 4) 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度（25℃±2℃）时工作频率的允许最大偏差。 5) 温度总频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于标称频率的允许最大偏差。 6) 等效电阻（ESR，Rr，R1）：又称谐振电阻。在规定条件下，石英晶体谐振器不串联负载电容在谐振频率时的电阻。 7) 负载谐振电阻（RL）：在规定条件下，石英晶体谐振器和负载电容串联后在谐振频率时的电阻。 8) 静电容（C0）：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容。 9) 负载电容（C L）：从石英晶体谐振器插脚两端向振荡电路方向看进去的全部有效电容为该振荡器加给石英晶体谐振器的负载电容。负载电容系列是：8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、100pF。负载电容与石英谐振器一起决定振荡器的工作频率，通过调整负载电容，一般可以将振荡器的工作频率调到标称值。产品说明书中规定的负载电容既是一个测试条件，也是一个使用条件，这个值可以根据具体情况作适当调整，负载电容太大时杂散电容影响减少，但微调率下降；负载电容小时、微调率增加，但杂散电容影响增加，负载电阻增加，甚至起振困难。负载电容标为∞即为串联谐振。10) 频率牵引灵敏度（Ts）：为相对频率牵引范围对负载电容的变化率，即负载电容变化1pF时频率的相对变化值，它反映改变负载电容时引起频率变化的灵敏度，也称频率可调性。 11) 激励电平：为石英晶体谐振器工作时消耗的有效功率。常用标准有0.1、0.3、0.5、1、2mW，产品说明书中每种产品规定的激励电平值是一个测试条件，也是一个使用条件，实际使用中激励电平可以适当调整。激励强，容易起振，但频率老化加大。激励太强甚至使石英片破裂，降低激励，频率老化可以改善，但激励太弱时频率瞬间变差，甚至不易起振。
目录 一、石英谐振器概述 二、石英谐振器的工作原理 2、1石英晶体材料 2、2 石英晶体的压电效应 2、3 石英晶体的切型 2、4 石英片的基本振动模式（常见） 2、5 各种切型的频率温度特性 2、6 石英谐振器的组成和特性 2、7 石英谐振器的稳频条件及应用须知 2、8 石英谐振器的常用电参数的符号和意义 2．9 石英谐振器的常用测量方法 2．10 石英晶片的制造流程 2．11 石英晶体谐振器的制造流程 三、选择石英谐振器应考虑的问题 3、1 频率的选择 3、2 使用环境条件的考虑 3、3 根据用途合理选用石英谐振器 3、4 正确选择负载电容 3、5 激励电平的选择和控制 3、6 使用石英谐振器应注意的事项 四、石英振荡电路的应用 4、1 石英振荡电路的组成 4、2 振荡电路的Cg/Cd的选择要点和相关外围元件的注意事项4、3 根据选定的Cg/Cd 值计算XTAL的负载电容CL值。4、4 Rf 值选取 4、5 Rd的选取 4、6 其它注意事项 五、石英产品的性赖性试验 六、失效原因分析 七、今后发展方向
一、概述: 压电效应是一八八零年由法国物理学家居里兄弟（皮埃尔居里和杰克居里）发现的。早期一战利用石英的压力效应制成强力超声波辐射器。二战时期利用石英晶体具有稳定的物理和化学性能，制成的元器件在稳频方面比其它元件显出突出的优越性，而广泛使用于通讯领域。 石英谐振器的稳频特性也不断提高，二战时可在10-6/周，19世纪50年代初10-8 /周，19世纪50年代末已可达10-9/周～10-10/周。 随着通信发展和制造技术的发展，石英谐振器的频率范围也逐渐向上发展从100KHZ ～10MHZ ，以后发展到数百MHz ，3RD 发展到1G 以上，5th 发展到2GHz 以上。 石英谐振器的使用范围也从军事领域发展民用各使用频标或时标领域如：电子表，电子玩具，彩电，收发讯机，家用电器，PC 机等各领域。 石英谐振器的产品体积也不断地缩小，从传统的大尺寸发展到J1，49U ，49S ；直到近年来发展SMD 表面贴装，尺寸进一步缩小，从7050，6035，5032，发展到4025，3225，2520，2016，已能够适应安装于更小型、微型的产品中去。 二、石英谐振器的工作原理： 2．1 石英晶体材料 石英是人造的二氧化硅（SiO 2 ）结晶体，因其形态晶莹透明如水，所以也称“水晶”。由 于天然水晶矿藏稀少，且常见的疵病较多，如：裂痕，气泡，包裹体，蓝针，双晶等。而制造石英谐振器的材料必须保证内部没有缺陷，否则会严重影响石英谐振器的性能。在人工合成水晶工业生产成功后，大部分石英谐振器都用人造水晶制造，从而降低成本，满足电子发展的需要。 （A ） 石英晶体的晶面和轴向 一个理想的石英晶体的外形，中间是个六面棱柱体，二端为两个六面棱锥体。石英晶体有六个柱面（M 面），六个大柱面（R 面），六个小棱面（r 面），六个X 面和六个S 面，总共有30个晶面。 石英晶体分左旋和右旋， 互称镜面对称，左右旋石英在物理上也呈镜象对称关系。 晶体按其结构对称，可分为七大晶系和32种对称类型（也称晶群），其中有十二类因其对称程度太高而无压电效应，另外二十类具有压电效应。石英晶体属于三角晶系32点群。 石英晶体的轴向，按其物理特性把X 轴称为电轴，因为该方向具有压电效应；把Y 轴称为机械轴，因为在Y 轴方向只产生形变而无压电效应；把Z 轴称为光轴，因为光线沿Z 轴方向不产生双折射现象。 （B ） 石英晶体的物理化学特性 石英晶体是各向异性结构晶体，轴向不同，物理化学性质也不同。石英晶体的主要物理特性，当温度为20℃时，它的密度为2.65g/cm 3，一级密度温度系数为-36.4×10-6/℃，硬度 是
石英晶体振荡器的主要参数 标称频率fo：存规定的负载电容下，晶振元件的振荡频率即为标称频率矗。标称频率足晶体技术条件中规定的频率，通常标识在产品外壳上。需要注意的是，晶体外壳所标注的频率，既不是串联谐振频率也不足并联谐振频率，而足在外接负载电容时测定的频率，数值介于串联谐振频率与并联谐振频率之间。所以即使两个晶体外壳所标注的频率是一样的，其实际频率也会有些小的偏差（1．艺引起的离散性）。 常用普通晶振标称频率有48kHz、500kHz、503.5kHz、l -40.50MHz等，对于特殊要求的晶振频率可达到IOOOMHz以上。 负载电容：品振元件相当于电感，组成振荡电路时需配接外部电容，此电容目U负载电容。负载电容是与晶体一起决定负载谐振频率f的有效外界电容，通常用CL表示。设计电路时必须按产品手册巾规定的CL值，才能使振荡频率符合晶振的fL。在应用晶体时，负载电容(C。)的值是卣接由厂家所提供的，无需冉去计算。常见的负载电容为8pF、12pF、15pF、20pF、30pF、50pF、lOOpF。』I要可能就应选lOpF、20pF、30pF、50pF、lOOpF 这样的推荐值。 负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英品体振荡器有两个谐振频率：一个是串联谐振品振的低负载电容晶振：另一个为并联谐振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求贞载电容一致，不能冒然互换，否则会造成电器工作不止常。 调整频差：在规定条件下，基准温度(25℃±2℃)时工作频率相对于标称频率所允许的偏若。 温度频差：在规定条件下，在工作温度范围内相对于基准温度(25℃t2℃)时工作频率的允许偏差。 老化率：在规定条件下，晶体T作频率随时间向允许的相对变化。以年为时间单位衡量时称为年老化率。
晶体振荡器工作原理 石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。 石英晶体振荡器的基本原理 石英晶体振荡器的结构 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。 压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 符号和等效电路 当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线。可见当频率低于串联谐振频率fs 或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd极窄的范围内，石英晶体呈感性。 石英晶体振荡器类型特点 石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：普通晶体振荡（TCXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式
石英晶体振荡器 石英晶体振荡器是一种用于频率稳定和选择频率的电子器件，它的主要作用是提供频率基准，由于它具有高稳定的物理化学性能、极小的弹性震动损耗以及频率稳定度高的特点，因此被广泛用于远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统（GPS）、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及消费类民用电子产品中，是目前其它类型的振荡器所不能替代的. 一、石英晶体谐振器的结构、振荡原理 1、石英晶体振荡器的结构 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。 2、压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象
十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 二、石英晶体振荡器的等效电路与谐振频率 1、等效电路 石英晶体谐振器的等效电路如下图所示。当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容Co，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L1来等效。一般L1的值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C1来等效，C1的值很小，一般只有0.2fF～100fF(1PF=1000fF)。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R1来等效，它的数值约为10-100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C1很小，R1也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 其中 C o ：静电容，包括晶体两电极之间的电容和引线及基座带来的电容，它的单位是PF。 L 1 ：等效动电感，即通常说的动态电感； C 1 ：等效动电容，即通常说的动态电容。晶振的动态电容由晶体的切割型式,大小尺寸决定。 R 1 ：等效电阻，一般叫谐振电阻或者动态电阻。 总之：等效电路由动态参数L 1、C 1、 R 1 和静电容C 组成。这些参数之间都是有联系 的，一个参数变化时可能会引起其他参数变化。而这些等效电路的参数值跟晶体的切型、振动模式、工作频率及制造商实施的具体设计方案关系极大。 2、谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即： （1）当L1、C1、R1支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R1）。 串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性；
石英晶体振荡器是高精度和高稳定度的振荡器，被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。 一、石英晶体振荡器的基本原理 1、石英晶体振荡器的结构 石英晶体振荡器是利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。下图是一种金属外壳封装的石英晶体结构示意图。 2、压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 3、符号和等效电路 石英晶体谐振器的符号和等效电路如图2所示。当晶体不振动时，可把它看成一个平板电容器称为静电电容C，它的大小与晶片的几何尺寸、电极面积有关，一般约几个PF到几十PF。当晶体振荡时，机械振动的惯性可用电感L来等效。一般L的值为几十mH 到几百mH。晶片的弹性可用电容C来等效，C的值很小，一般只有0.0002～0.1pF。晶片振动时因摩擦而造成的损耗用R来等效，它的数值约为100Ω。由于晶片的等效电感很大，而C很小，R 也小，因此回路的品质因数Q很大，可达1000～10000。加上晶片本身的谐振频率基本上只与晶片的切割方式、几何形状、尺寸有关，而且可以做得精确，因此利用石英谐振器组成的振荡电路可获得很高的频率稳定度。 4、谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发生并联谐振，其并联频率用fd表示。 根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性曲线如图2e所示。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd 极窄的范围内，石英晶体呈感性。 二、石英晶体振荡器类型特点 石英晶体振荡器是由品质因素极高的石英晶体振子（即谐振器和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等，共同决定振荡器的性能。国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：普通晶体振荡（TCXO），电压控制式晶体振荡器（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控制式晶体振荡（OCXO）。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡（DCXO）等。 普通晶体振荡器（SPXO）可产生10^(-5)～10^(-4)量级的频率精度，标准频率1—100MHZ，频率稳定度是±100ppm。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，价格低廉，通常用作微处理器的时钟器件。封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。
石英晶体谐振器的振动实质上是一种机械振动。实际上，石英晶体谐振器可以被一个具有电子转换性能的两端网络测出。这个回路包括L1、C1，同时C0作为一个石英晶体的绝缘体的电容被并入回路，与弹性振动有关的阻抗R1是在谐振频率时石英晶体谐振器的谐振阻抗。(见图1) 石英晶体作为谐振器在使用时，要求其谐振频率在温度发生变化时保持稳定。温频特性与切割角有关，每个石英晶体具有结晶轴，晶体切割是按其振动模式沿垂直于结晶轴的角度切割的。典型的晶体切割和温频特性。(见图2)
AT型石英晶体谐振器的温度特性目前大多用三次曲线表示(见图3)。一个石英晶片在所需要的频率范围已满足的情况下在某一角度被切割，以达到要求的工作温度范围。当然，实际上，即使在成功的操作中，也会有一些由于切割和磨光精确性不够而造成的角度散布，由此，操作的精确度需要提高。在图4中可以看到频率公差和生产难度等级的关系。 所有石英谐振器均有寄生（在主频率之外的不期望出现的）振荡响应。他们在等效电路图中表现为附加的以R1、L1、C1形成的响应回路。 寄生响应的阻抗R NW与主谐振波的阻抗Rr的比例通常以衰减常数dB来表示,并被定义为寄
生衰减a NW=-20 · lg 对于振荡用晶体,3至6dB是完全足够的.对于滤波用晶体,通常的要求是超过40dB. 这一规格要求只有通过特殊设计工艺并使用数值非常小的动态电容方能达到. 可达到的衰减随着频率的上升和泛音次数的增加而减小. 通常的平面石英晶片谐振器比平凸或双面凸晶片谐振器的寄生衰减要良好. 在确定寄生响应参数时,应同时确定一个可接受的寄生衰减水平以及寄生频率与主振频率的相对关系. 在AT切型中,对于平面晶片,"不和谐的响应"只存在于主响应的+40至+150KHZ之间,对于平凸或双面凸的晶片,寄生则在+200至+400KHZ之间. 在以上的测量方法中,寄生响应衰减至20至30dB时是可以测量的,对于再高一些的衰减.C0的补偿是必需的. 石英振荡器的机械振动的振幅会随着电流的振幅成正比例地上升. 功率与响应阻抗的关系为Pc=12q R1, 高激励功率会导致共振的破坏或蒸镀电极的蒸发,最高允许的功率不应超过10mV. 由于L1和C1电抗性的功率振荡,存在Q c=Q x P c. 若P c=1mV, Q=100.000, Q c则相当于100W. 由于低的Pc功率会导致振荡幅度的超过,最终导致晶体的频率上移. 随着晶体泛音次数的增加, 对于激励功率的依赖性更加显著.上图显示了典型的结果, 但是精确的预期结果还是要受到包括晶体设计和加工,机械性晶片参数,电极大小,点胶情况等的影响. 可以看出, 激励功率必须被谨慎地确定,以使晶体在生产中和使用中保持良好的关系. 当今,一个半导体振荡回路的激励功率一般为0.1mV,故在生产晶体时也一般按0.1mV进行. 一个品质良好的晶体可以容易地起振,其频率在自1nW逐步增加时均能保持稳定.现在, 晶体两端的功率很低的半导体回路也可以在很低的功率的情况下工作良好. 上图显示了一个对激励功率有或无依赖性的晶体的工作曲线的比较. 晶体存在蒸镀电极不良,晶片表面洁净度不足, 都会存在如图所示的在低功率时出现高阻抗的情况, 这一影响称为激励功率依赖性(DLD). 通常生产中测试DLD是用1~10mV测试后再用1mV 测试, 发生的阻抗变化可作为测试的标准. 很显然, 在增加测试内容会相当大的提高晶体生产的成本. 利用适当的测试仪器可以很快地进行DLD极限值的测定,但是只能进行合格/不合格的测试.IEC草案248覆盖了根
石英晶体谐振器频率的主要影响因素 石英晶体谐振器是一种用于稳定频率和选择频率的重要电子元件.具有频率稳定度高、Q 值高、成本低的特点,广泛应用于时间频率基准和为时序逻辑电路提供同步脉冲.随着电子信息技术及产业的飞速发展,尤其是数字电子技术的广泛应用,石英晶体元器件的市场需求量快速增长,同时对其性能的要求向高频率和高精度.本文帝国科技给大家分析那些影响石英晶体谐振器频率稳定性的主要因素： 一、温度 环境温度是影响石英晶体谐振器频率变化的最主要因素,石英晶体谐振器谐振频率会随温度的改变而变化,这种性质称其频率温度特性：石英晶体谐振器的频率-温度特性除与其本身物理特性有关外,还与其切割角度（即切型）和加工流程有一定关系.恒温型和温度补偿型晶体振荡器这两类高稳定度晶体振荡器正是基于频率温度特性研制而成的. 二、老化 老化效应是石英晶体固有的物理现象,其谐振频率随时间推移缓慢减小或增加的变化过程,称为石英晶体的老化.AT切石英晶体谐振器的老化主要源于下述方面： 1、谐振器内部石英晶格的不完善导致晶体在工作时其结构发生变化,此是长期效应：另气体的分解和吸收导致极板质量的改变或迁移,影响会持续数周或数年； 2、由于温度梯度效应而产生的老化； 3、因压力释放效应而产生老化,此为温度梯度效应过程的函数,一般持续数月； 三、其它因素 除温度和老化两大主要因素之外,下述因素给谐振器的谐振频率也会带来一定的影响. 激励电平的变化：研究表明,激励电平对晶体振荡器谐振频率有明显的影响；激励电流的过大或者过小,都将影响石英晶体的老化性能和谐振频率的长期或者短期稳定度,从而激励电平的是否稳定直接影响到石英晶体谐振器的频率稳定度. 除此以外；负载的变化、电源电压的波动以及核辐射等也都会导致石英晶体谐振器的谐振频率发生变动.当石英晶体谐振器用于某些精度要求特别高的场合时,这些因素给谐振器谐振频率造成的影响也是不可忽视的.
石英晶体谐振器射频特性及模型推导 石英晶体谐振器（英文：quartz crystal unit或quartz crystal resonator，常简写成Xtal），简称石英晶体或晶振，是利用石英晶体（又称水晶）的压电效应，用来产生高精度振荡频率的一种电子元件，属于被动元件。该元件主要由石英晶片、基座、外壳、银胶、银等成分组成。根据引线状况可分为直插（有引线）与表面贴装（无引线）两种类型。现在常见的主要封装型号有HC-49U、HC-49/S、UM-1、UM-4、UM-5与SMD。 历史 压电效应是由雅克·居里与皮埃尔·居里于1880年发现。保罗·朗之万在第一次世界大战期间首先探讨了石英谐振器在声纳上的应用。第一个由晶体控制的电子式振荡器，则是在1917年使用罗谢尔盐所作成，并于1918年由贝尔电话实验室的Alexander M. Nicholson取得专利[1]，虽然与同时申请专利的Walter Guyton Cady 曾有过争议[2]。 Cady 于1921年制作了第一个石英晶体振荡器[3]。对于石英晶体振荡器的其他早期创新有贡献的还有皮尔斯(G. W. Pierce)与 Louis Essen。 工作原理 晶体是指其中的原子、分子、或离子以规则、重复的模式朝各方向延伸的一种固体。 晶体与几乎所有的弹性物质都具有自然共振频率，透过适当的传感器可加以利用。例如钢铁具有良好弹性、音速快，在石英晶体大量应用以前，钢铁被用作机械式滤波器（英语：Mechanical filter）。共振频率取决于晶体的尺寸、形状、弹性、与物质内的音速。高频用的晶体通常是切成简单的形状，如方形片状。典型的低频用晶体则常切成音叉形，例如手表用的那种。如不需要太高的精确度，则也可以使用陶瓷谐振器（英语：Ceramic Resonator）取代石英晶体谐振器。运用石英晶体上的电极对一颗被适当切割并安置的石英晶体施以电场时，晶体会产生变形。这就是压电效应。当外加电场移除时，石英晶体会恢复原状并发出电场，因而在电极上产生电压。这样的特性造成石英晶体在电路中的行为，类似于某种电感器、电容器、与电阻器所组合成的RLC电路。组合中的电感电容谐振频率则反映了石英晶体的实体共振频率。 石英晶体的优点是在温度变化时，影响震荡频率的弹性系数与尺寸变化轻微，因而在频率特性上表现稳定。共振的特性还取决于振动模式与石英的切割角度(相对于晶轴而言)，目前常用的是 AT 切割，它的振荡是厚度剪切(thickness shear)振荡模式。此外，在需要高精密度与稳定性的严格场合，石英晶体会放置于恒温箱(Crystal oven)与吸振容器内，以防止外部温度与震动的干扰。