石英晶体元器件概述
一、前言
石英晶体俗称水晶，成分是SiO2，是一种重要的压电材料，可用于制造压电元器件。例如：石英晶体谐振器、石英晶体滤波器、石英晶体振荡器、石英晶体传感器等。
二、石英晶体元器件的内容
三、晶振分类
根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。
1、普通晶振（PXO或SPXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能。
特点：
●频率精度（准确度）：10-5～10-4量级
●标准频率：1～100MHZ
●频率稳定度是±100ppm。
●用途：通常用作微处理器的时钟器件、本振源或中间信号。
●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），SMD 7050、5032、3225、2520。
●价格：是晶振中最廉价的产品，
2、温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。
特点：
●频率精度（准确度）：10-7～10-6量级
●频率范围：1～60MHz
●频率稳定度：±1～±2.5ppm
●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），11.4×9.6mm，SMD 7050、5032、3225、2520
●用途：通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。
●由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面
优点，因而获行了广泛应用。
3、压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合
特点：
●频率精度（准确度）：是10-6～10-5量级
●频率范围：1～30MHz
●频率稳定度：±50ppm
●用途：通常用于锁相环路
●封装尺寸：14×10×3mm或更小，SMD 7050、5032、3225、2520
4、恒温晶振（OCXO）：采用精密控温，使电路元件及晶体工作在晶体的零温度系数点的温度上。将晶体和振荡电路置于恒温箱中，以消除环境温度变化对频率的影响。
特点：
●中精度产品频率稳定度为10-7～10-8
●高精度产品频率稳定度在10-9量级以上
●频率范围：1～200MHz
●主要用作频率源或标准信号
●封装尺寸：50×50，36×26mm，30×30，25×25，20×20，DIP14
四、石英晶体振荡器的发展趋势
1、小型化、薄片化和片式化：为满足移动电话为代表的便携式产品轻、薄、短小的要求，石英晶体振荡器的封装由传统的裸金属外壳覆塑料金属向陶瓷封装转变。例如TCXO这类器件的体积缩小了30～100倍。采用SMD封装的TCXO厚度不足2mm，目前2.5×2.0mm尺寸的器件已经上市。
2、高精度与高稳定度，目前无补偿式晶体振荡器总精度也能达到±25ppm，VCXO的频率稳定度在10-7℃范围内一般可达±20～100ppm，而OCXO在同一温度范围内频率稳定度一般为±0.0001～5ppm，VCXO控制在±25ppm以下。
3、低噪声，高频化，在GPS通信系统中是不允许频率颤抖的，相位噪声是表征振荡器频率颤抖的一个重要参数。目前OCXO主流产品的相位噪声性能有很大改善。除VCXO外，其它类型的晶体振荡器最高输出频率不超过200MHz。例如用于GSM等移动电话的UCV4系列压控振荡器，其频率为650～1700 MHz，电源电压2.2～3.3V，工作电流8～10mA。
4、低功能，快速启动，低电压工作，低电平驱动和低电流消耗已成为一个趋势。电源电压一般为3.3V。目前许多TCXO和VCXO产品，电流损耗不超过2 mA。石英晶体振荡器的快速启动技术也取得突破性进展。例如日本精工生产的VG～2320SC型VCXO，在±0.1ppm规定值范围条件下，频率稳定时间小于4ms。日本东京陶瓷公司生产的SMD TCXO，在振荡启动4ms后则可达到额定值的90%。天马公司的OCXO产品，在预热5分钟后，则能达到±0.01 ppm的稳定度。
5、数字化技术应用，以往都是采取通过调整变容二极管的参数来改变晶体的振荡参数，达到高稳定频率输出，随着单片机技术的应用，实际上可以通过数字化来取代变容二极管的应用技术，从而实现高稳定频率输出。现在市面上已经出现很多数字温补晶振即DCXO，如天马电讯的DX2116等产品已成功上市，两年来批量供货500KPCS。由于采用了先进的数字化补偿技术，所生产出来的数字温补已达到中精度OCXO（俗称三级钟）的技术水平，在未来几年里，DCXO会逐步取代中级OCXO。
晶振资深高级工程师邓达贤 2009-3-28
QQ：1604769678
深圳市锐晶星电子科技有限公司 石英晶體諧振器基礎知識 培训教材 （共8页） 2007年7月1日 第一章石英晶体的基本特性
第一节石英晶体的压电特性 图1-1示出了石英晶体具有压电效应的两种现象。图1-1a当沿Y 轴加压缩力时，则在X轴正端垂直面上，出现正电荷（晶体的伸缩弯曲振动就是按此激起的）。图1-1b中当对晶体施加正切应力时，则在垂直Y 上述现象表明石英晶体是一种各向异性的结晶体，它具有压电效应。当沿某一机械轴或电轴施以压力或拉力，则在垂直于这些轴的两个表面上产生异号电荷±q。其值与机械压力所产生的机械形变（位移）X成正比。即：q=k 1x ﹎﹍(1-1) 式（1-1）所表征的效应称为正压电效应，正压电效应是以机械能为因，电能为果的效应。 石英晶体还具有逆压电效应。如果在石英晶体片两面之间加一电场E，则视电场的方向不同，晶体将沿电轴或机械轴延伸或压缩，延伸或压缩量X与电场强度E成正比，即：X=K2E ﹍（1-2） 式（1-2）所表征的效应称压电逆效应。是以电能为因，机械能为果的效应。 由上面的讨论可以看出，正、逆压电效应互因果关系。如果将石英晶体片置于交变电场中，则在电场的作用下，晶体片的体积将起压缩和伸张的变化，由此形成机械振动，晶体的振动属体波振动，当晶体片振动时，逆压电效应使得晶体片具有导电性，这种压电性叫做压电导电性。石英片固有的振动频率取决于晶体片的几何尺寸、密度、弹性和泛音次数。当晶体片的固有振动频率与加于其上的电场频率相同时，则晶体片将发生谐振。此时振动的幅度最大，压电效应在晶体片表面产生的电数值和压电导电性也达最大。因此，外电路中的交变电流也就最大。这是用以稳定频率的理论基础。 第二节石英晶体在不同温度下的各种变体 在正常的压力下，石英晶体随着温度的不同共有五种不同性质的变体，即： (1)α石英，其温度低于573℃时为稳态，就是我们通常用的压电石英晶体。 (2)β石英,对α石英加温超过573℃时,即转变为β石英,它在573℃～870℃之间为稳态,但此时没有压电效 应,也不能用作压电元器件了。 （3）磷石英，当对β石英加温超过870℃，β石英变为磷石英，它在870℃～1470℃之间为稳态。 （4）方石英，当对磷石英加温超过1470℃时，磷石英变为方石英，它在1470℃～1710℃之间为稳态。（5）石英玻璃，当对方石英加温超过1710℃时及以后即开始溶化，熔化后的石英，将温度降低也不能上述五种形态可用下式开示： 573℃ 870℃ 1470℃ 1710℃ α石英β石英磷石英方石英石英玻璃 由此看出，我们常用的α石英，其临界温度为573℃。若超过这一温度，它将失去压电效应，这是我们在加工过程中必须十分注意的问题。 第三节石英晶体的物理特性 各向异性是石英晶体典型的物理特性，它具有以下物理常数。即： ⑴、密度率：2.649克/立方百米； ⑵、折射率:1.553(或1.5574),有旋光性；
石英晶体元器件概述 一、前言 石英晶体俗称水晶，成分是SiO2，是一种重要的压电材料，可用于制造压电元器件。例如：石英晶体谐振器、石英晶体滤波器、石英晶体振荡器、石英晶体传感器等。 二、石英晶体元器件的内容
三、晶振分类 根据晶振的不同使用要求及特点，通常分为以下几类：普通晶振、温补晶振、压控晶振、温控晶振等。 1、普通晶振（PXO或SPXO）：是一种没有采取温度补偿措施的晶体振荡器，在整个温度范围内，晶振的频率稳定度取决于其内部所用晶体的性能。 特点： ●频率精度（准确度）：10-5～10-4量级 ●标准频率：1～100MHZ ●频率稳定度是±100ppm。 ●用途：通常用作微处理器的时钟器件、本振源或中间信号。 ●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），SMD 7050、5032、3225、2520。 ●价格：是晶振中最廉价的产品， 2、温补晶振（TCXO）：是在晶振内部采取了对晶体频率温度特性进行补偿，以达到在宽温温度范围内满足稳定度要求的晶体振荡器。一般模拟式温补晶振采用热敏补偿网络。 特点： ●频率精度（准确度）：10-7～10-6量级 ●频率范围：1～60MHz ●频率稳定度：±1～±2.5ppm ●封装尺寸： DIP14（21×14×6mm），11.4×9.6mm，SMD 7050、5032、3225、2520 ●用途：通常用于手持电话、蜂窝电话、双向无线通信设备等。 ●由于其良好的开机特性、优越的性能价格比及功耗低、体积小、环境适应性较强等多方面 优点，因而获行了广泛应用。 3、压控晶振（VCXO）：是一种可通过调整外加电压使晶振输出频率随之改变的晶体振荡器，主要用于锁相环路或频率微调。压控晶振的频率控制范围及线性度主要取决于电路所用变容二极管及晶体参数两者的组合 特点： ●频率精度（准确度）：是10-6～10-5量级 ●频率范围：1～30MHz ●频率稳定度：±50ppm ●用途：通常用于锁相环路 ●封装尺寸：14×10×3mm或更小，SMD 7050、5032、3225、2520
年产15000万只SMD-G型石英晶体谐振器项目项目名称：年产15000万只SMD-G型石英晶体谐振器
目录 一、项目的背景和必要性 1、国内外现状和技术发展趋势 2、对产业发展的作用与影响 3、产业关联度分析 4、市场分析 二、项目的技术基础 1、成果的来源及知识产权情况 2、技术或工艺特点以及与现有技术或工艺比较所具有的优势 3、项目需解决的关键技术问题 4、该项技术的突破对行业技术进步的重要意义和作用 三、建设方案 1、项目建设的主要内容 2、建设规模 3、工艺技术路线 4、设备选型 5、主要经济技术指标 6、建设地点、建设工期和进度安排、建设期管理 四、项目投资 1、项目总投资
2、投资使用方案 3、资金筹措方案 4、贷款偿还计划 五、各项建设条件落实情况 1、环境保护 2、资源综合利用 3、原材料供应及外部配套条件落实情况 六、项目财务分析、风险和效益分析 1、销售收入和销售税金及附加 2、达产年销售总成本的估算 3、项目经济分析 4、不确定性分析 5、综合经济评价
一、项目意义和必要性。 1、国内外现状和技术发展趋势 石英晶体谐振器产品是２０世纪３０年代开始在美国等西方国家和微电脑产业同步发展起来的一种新型电子元件。经过近10年的生产和产业大转移，到二十世纪末，产业现状发展为：美国处在高精度、高稳定性的军用产品研发前沿，日本处于民用石英晶体技术开发和制造装备开发前沿。韩国、台湾特别是中国大陆完成了通孔安装型﹝ＤＩＰ﹞石英晶体谐振器的技术承接，利用廉价劳动力优势，垄断了ＤＩＰ型石英晶体谐振器的生产，西方国家基本不再生产ＤＩＰ型石英晶体谐振器，转为专门生产表面贴装型石英晶体谐振器。 自2000年起，世界晶体行业正在进行第二次产业转移。中国大陆、台湾直接承接了日本、美国的表面贴装﹝ＳＭＤ﹞型石英晶体谐振器制造技术，成为世界石英晶体谐振器加工厂。事实上，台湾的晶体制造基地也在中国大陆，但是，日本仍控制着ＳＭＤ型石英晶体谐振器的制造装备和原材料。 随着整机制造表面贴装﹝SMT﹞技术的广泛应用，石英晶体谐振器的品种正处在从通孔安装型﹝DIP﹞向表面安装型﹝SMD﹞的迅速转化阶段；传统家电类整机产品和数码新产品体积不断小型化，如U 盘、MP3、MP4、GPS、数码相机、SIM卡等，便携式产品的不断涌现，要求石英晶体谐振器产品也要随之不断小型化和微型化。而数码通讯类产品如手机、小灵通和蓝牙技术的迅速普及与应用，又对石英晶体
石英晶体的应用 一.石英晶体元器件的分类和相关术语 石英晶体元器件一般分为三大类，即石英晶体谐振器，石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。 1．1 石英晶体谐振器 相关的术语 标称频率晶体元件规范指定的频率 串联谐振频率(Fs) 等效电路中串联电路的谐振频率 并联谐振频率(Fp) 等效电路中并联电路的谐振频率 负载频率(FL) 晶体带负载时的频率 负载电容(CL) 与谐振器联合决定工作频率的有效外界电容 静电容(C0) 等效电路中与串联臂并联的电容 动电容(C1) 等效电路中串联臂中的电容 动态电感(L1) 等效电路中串联臂中的电感 动态电阻(R1) 等效电路中串联臂中的电阻 频率精度工作频率与标称频率的偏差 等效电阻(ESR) 谐振器与规定的负载电容串联的总阻抗 频率温度特性频率随温度变化的特性 室温频率偏差谐振器在室温下频率的偏差 频率/负载牵引系数(Ts) 负载电容对频率影响的能力 老化率晶体频率随时间的漂移 Q值晶体的品质因数 激励功率（电平）谐振器工作时消耗的功率 激励功率依赖性(DLD) 谐振器在不同激励功率下参数的特性 温度频率偏差频率随温度变化与标称频率的偏差 工作温度范围谐振器规定的工作温度范围 泛音晶体的机械谐波 寄生响应晶体除主响应(主频率)外的其他频率的响应 1．2 石英晶体振荡器 石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。 相关术语 标称频率晶体元件规范指定的频率 频率温度特性振荡频率随温度变化而改变的特性 长期频率稳定度振荡器长时间工作频率的稳定性 短期频率稳定度振荡器短时间工作频率的稳定性 温度频率偏差振荡频率随温度的偏差 室温频率偏差在室温时振荡频率的偏差 起振时间振荡输出达到规定值的时间 上升时间(方波输出）方波输出时波形从10%到90%所需的时间 下降时间(方波输出）方波输出时波形从90%到10%所需的时间
石英晶体元件性能参数简介 术语简介： 1、石英晶体元件的等效电路 其等效电路是一个晶体元件在谐振频率附近具有与晶体元件相同阻抗特性的电路，通常用L1、R1、C1相串联后再与C0并联表示。见下图。 2、石英晶体元件的等效参数（包括静态参数和动态参数）：
C0－静电容 L1－等效电感 C1－等效电容 R1－等效电阻 2.1 等效电阻R1 石英晶体的等效电阻是其工作时能量损耗的量度，它包括晶片的内摩擦、支架应力损耗、空气阻尼、电极膜与晶片之间的内摩擦等，其影响大小不等，难以计算。 2.1.1、串联谐振电阻R1 在规定条件下，晶体元件在串联谐振频率f时呈现的等效电阻，又 称谐振电阻，即不加负载电容时测得的电阻。 2.1.2、负载谐振电阻R L 在规定条件下晶体元件在与规定的负载电容C L相串联后工作在负 载谐振频率f L时所呈现的电阻。
R L与R1的关系为：R L＝R1[1+( C0 /C L)]2 2.1.3、影响谐振电阻的因素 影响谐振电阻的因素很多，例如原材料质量情况、晶体设计是否合 适、生产工艺水平、清洁程度高低、晶体使用是否恰当、激励电平 的高低等。一般情况下，晶体的泛音电阻要比其基频的电阻大，但 是采取特殊措施也可以使泛音电阻比其基频的电阻小。 2.2、等效电容C1 等效电容C1：等效电路中串联臂中的电容，也称动态电容。 2.2.1、C1的表达式 C1=1/ L1 (2∏f)2 C1值用仪器直接测量时是用下式计算出来的： C1=2(f L－f r)（C0＋C L）/ f r =2Δf(C0＋C L) / f r 或者 C1=2(f L1－f r) (f L2－f r)(C L2－C L1）/ f r (f L1－f L2)=2Δf L1Δf L2 C L/ f rΔf L f L－加负载电容C L后的频率
石英晶体基础 石英，学名二氧化硅。 是自然界分布最广的物质之一。它有五种变体（β石英、α石英、α磷石英、方石英、溶炼石英），其中α石英和β石英具有压电效应，当施加压力在晶片表面时, 它就会产生电气电位, 相对的当一电位加在芯片表面时, 它就会产生变形或振动现象, 掌握这种振动现象, 控制其发生频率的快慢, 以及精确程度, 就是水晶振荡器的设计与应用。 石英是由硅原子和氧原子组合而成的二氧化硅（Silicon Dioxide, SiO2）, 以32点群的六方晶系形成的单结晶结构﹝图一﹞.单结晶的石英晶体结构具有压电效应特性, 当施加压力在晶体某些方向时, 垂直施力的方向就会产生电气电位. 相对的当以一个电场施加在石英晶体某些轴向时, 在另一些方向就会产生变形或振动现象. 掌握单结晶石英材料的这种压电效应, 利用其发生共振频率的特性, 发挥其精确程度作为各类型频率信号的参考基准, 就是水晶震荡器的设计与应用. 因为石英晶体具有很高的材料Q值,所以绝大部份的频率控制组件,如共振子及振荡器,都以石英材料为基础. 以石英为基础的频率控制组件可以依其压电振动的属性, 可以分为体波(bulk wave)振动组件及表面声波(surface acoustic wave)振动组件. 体波振动组件如石英晶体共振子, 石英晶体滤波器及石英晶体振荡器, 表面波振动组件如表面波滤波器及表面波共振子. 当石英晶体以特定的切割方式, 以机械加工方式予以表面研磨, 完成特定的外型尺寸就是通称的石英芯片(quartz wafer 或quartz blank ). 将这个石英芯片放置在真空还境中, 于表面镀上电极后,再以导电材料固定在金属或是陶瓷基座上, 并加以封装, 就成为一般所谓的石英晶体共振子( quartz crystal resonator ). 利用石英共振子在共振时的低阻抗特性及波的重迭特性, 用邻近的双电极, 可以做出石英晶体滤波器. 将石英振荡子加上不同的电子振荡线路, 可以做成不同特性的石英振荡器. 例如: 石英频率振荡器(CXO), 电压控制石英晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO), 温度补偿石英晶体振荡器(Temperature Compensated Crystal Oscillator, TCXO), 恒温槽控制石英晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator, OCXO)…等. 相对于体波谐振的是表面声波的谐振. 将石英晶体表面镀以叉状电极(inter-digital-transducer, IDT)方式所产生的表面振荡波, 可以制造出短波长(高频率)谐振的表面声波共振子(SAW Resonator)或表面声波滤波器(SAW Filter).
晶振行业人士众所周知石英晶体原名称呼为水晶体，主要成分有天然和人工，人工主要成分SiO2，以及化学材料，和到光学材料，当然最主要的还是压电材料了。压电石英晶体最主要的特征是原子或者是分子，是非常有规律的排列。反映在宏观上是外形的对称性。人造水晶在高温高压下结晶而成。在电场的作用下，晶振内部产生应力而形变，从而产生机械振动，获得特定的频率。我们利用它的这种逆压电效应特性来制造石英晶体谐振器。
负载谐振频率 图1 表示AT切厚度切变石英晶体随切角变化的频率温度特性曲线。由于AT切频率温度特性等效于三次方程，因此在较宽的温度范围内有较好的频率稳定性。
等效电路 图2 为晶体的等效电路，可利用其表述晶体在谐振频率附近的工作特性。Co表示静态电容，是晶体两电极之间的电容再加上引线及基座带来的电容。R1， L1，C1组成晶体等效电路的动态臂，C1表示石英晶振的动态电容，L1为动态电感，R1为动态电阻。 谐振频率 fr 及 fa 晶体元件电气阻抗为纯电阻时，对应着两个频率，其中较低的一个为串联谐振频率 fr, 较高的一个为并联谐振频率 fa, 在 fr 时晶体元件对应的电阻值 Rr 称为晶体的谐振电阻，在近似情况下： 负载谐振频率 在规定条件下，晶振元件与一负载电容相串联或并联，其结合阻
抗为纯电阻时的两个频率中的一个频率即为 f L 。在串联电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的那个频率，而在并联电容时，负载谐振频率则是其中较高的那个频率。对某一个给定的负载电容值（ C L ），实际上这两频率是相等的，可近似表述为 负载电容 从SMD晶振的两个引脚向电路系统看去电路所呈现的全部有效电容，即为负载电容，它与晶体元件一起决定晶体在电路上的工作频率。 品质因素 “ Q ”值是晶体等效电路中动态臂谐振时的品质因素。振荡电路所能获得的最大稳定性直接与电路中晶体的 Q 值相关。 Q 值越高，晶体带宽（△ f ）越小，电抗值（ fs - fa ）变化越陡，外部电抗对晶体的影响越小。 石英晶片的制作流程
石英晶体 石英简介 石英的化学成分为SiO2，晶体属三方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。 低温石英常呈带尖顶的六方柱状晶体产出，柱面有横纹，类似于六方双锥状的尖顶实际上是由两个菱面体单形所形成的。石英集合体通常呈粒状、块状或晶簇、晶腺等。纯净的石英无色透明，玻璃光泽，贝壳状断口上具油脂光泽，无解理，摩氏硬度7，比重2.65。受压或受热能产生电效应。 变种 石英因粒度、颜色、包裹体等的不同而有许多变种。无色透明的石英称为水晶，紫色水晶俗称紫晶，烟黄色、烟褐色至近黑色的俗称茶晶、烟晶或墨晶，玫瑰红色的俗称芙蓉石；呈肾状、钟乳状的隐晶质石英称石髓，具不同颜色同心条带构造的晶腺叫玛瑙，玛瑙晶腺内部有明显可见的液态包裹体的俗称玛瑙水胆，细粒微晶组成的灰色至黑色隐晶质石英称燧石，俗称火石。 石英的用途很广。无裂隙、无缺陷的水晶单晶用作压电材料，来制造石英谐振器和滤波器。一般石英可以作为玻璃原料，紫色、粉色的石英和玛瑙还可作雕刻工艺美术的原料。 石英是最重要的造岩矿物之一，在火成岩、沉积岩、变质岩中均有广泛分布。巴西是世界著名的水晶出产国，曾发现直径2.5米、高5米、重达40余吨的水晶晶体 石英晶体振荡器的特点 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
石英晶体元件的潜在失效模式和效因分析FMEA 石英晶体元件在生产中经常发生这样或那样的质量问题，一般的失效模式有室温调 整频差大；温度频差超差；谐振电阻大及其变化大；频率和谐振电阻不稳；停振；并电容大；动态电容达不到要求；密封性差；绝缘电阻小；抗振动、冲击强度低；有寄生响应和频率温度特性曲线不平滑；DLD不合格；年老化率大等问题。现给予分析： 一、等效电阻大与不稳定 等效电阻的定性公式是： R qn 占丄n2R qi n2( 1) g S e 上式表明等效电阻与石英晶体的密度P、内摩擦系数F、石英片的厚度t及泛音次数n的平方成正比，与压电常数&的平方及电极面积S e成反比。具体地讲与下述因素有关： 1. 与人造水晶原料的质量有关 人造水晶的杂质少，位错少，腐蚀隧道密度少，生长速率小(W 0.4mm/天)，且使用Z区的料，则Q值高，谐振电阻小，特别要注意人造水晶含铝杂质多而使S区加大，从而使S区进入石英片且进入电极区，使石英片电阻增加。 2. 与石英片的表面质量有关 石英片表面有破边、破角、砂坑、砂痕，表面光洁度差造成石英表面应力大，且在石英片振动时，使摩擦损耗增加，导致谐振电阻增加。 (1)在粗、中、细磨和抛光时砂号不能混，选择砂号正确，每道加工工序完成后，应彻底 清洗，不允许把残砂流到下工序。
(2)要正确确定各道工序的加工余量，保证后道工序加工时，把前道工序加工造成的破 坏层磨掉 （3）对小直径石英片不仅大平面的光洁度要高，同时厚度面的光洁度也要高，它不仅能降低谐振电阻，且对DLD 合格率的提高有好处。 （4）各研磨工序应注意所用砂子只能用3?5次，否则换砂时间愈长，石英片表面平面度愈差，且离散性大。因此要注意砂子的使用，不能循环使用，在第一次砂液用完后，再使用第二次……等等。 （5）低频滚倒的石英片应使平面与滚倒的斜面的光洁度一样，这就需要在滚倒时在离开滚倒要求频率约30 ?50KHz 时，进行校频，校频所用砂子要变细，这要求其破坏层与平面相近就可以。 3 ．与石英片外形尺寸有关 （1）对圆片、石英片的直径大，电阻就小，直径的选择很重要，对AT 切它必须避开xy '弯曲振动，y'面切变振动，xy'伸缩振动耦合的影响，对BT切它必须避开xy ' 弯曲振动和y'长度与宽度面切变振动耦合的影响。 （2）对矩形片，要严格核算石英片长度与宽度，必须避开各种寄生振动的耦合影响，并采取相应的措施。 （3）无论是圆片还是矩形片，滚筒倒边后的平台尺寸与留边量t0 严重影响谐振电阻，当平台直径? 2 1R r T,t o!R rT l x R r T,当平台尺寸不对称时,R r很大，所以一是要设计好滚倒后尺寸，二是要控制好滚倒的工艺条件，即滚筒内径、滚筒转速、片砂比、装满度及球砂比等，同时滚筒必须接地，防止静电吸附。 4 ．与石英片表面沾污有关
辽宁工业大学 咼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：2014616-2014627
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 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U元器件清单 (12)
第1章绪论 1.1石英晶体振荡器 石英晶体振荡器是利用石英晶体即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振荡 器，简称为石英晶体或晶体、振荡。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。变电场的频率与田英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC谐振 回路、滤波器等。由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备中。 1.2设计要求 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。 4.参数：振荡频率10000HZ左右。