雅克·居里与皮埃尔·居里这两个名字可能很多人都会非常陌生,但要是提起居里夫妇你可能就不那么陌生了,即使是文学上也有大量笔墨用来赞誉居里夫人及她的先生皮埃尔·居里,不过主要是称赞他们在化学上的优秀贡献,发现了新的放射性化学元素及放射性同位素。但其实居里先生不仅仅在化学科学上有所成就,在物理的电磁学上同样取得了不小的成果,晶体的压电效应便是他和哥哥雅克·居里一起发现的。
到今天为止不管是直插式晶体或者贴片式晶体都越来越精确,越小型化。就拿手机来说一个小小的东西只要有频率信号输出就可以听到千里之外朋友的声音,这是电子信息化的魅力所在,本来之前晶振是大个的为了迎合小型产品需求,现在的贴片晶振是越做越小型化,像2.0*1.6这款体积的晶体来说,已经是超薄的晶体了。还有贴片晶振的几个主要特点1.高精度和高稳定度、2.低噪声,低抖动,高频化、3.低作用,快速启动,低电压工作。
贴片晶振的主要参数
频率稳定度:任何晶振,频率不稳定是绝对的,程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线。曲线中表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。
晶体老化是因为在生产晶体的时候存在应力、污染物、残留气体、结构工艺缺陷等问题。应力要经过一段时间的变化才能稳定,一种叫“应力补偿”的晶体切割方法(SC 切割法)使晶体有较好的特性。
频率老化率:在恒定的环境条件下测量振荡器频率时,石英晶体振荡器频率和时间之间的关系。这种长期频率漂移是由晶体元件和振荡器电路元件的缓慢变化造成的,因此,其频率偏移的速率叫老化率,可用规定时限后的最大变化率(如±10ppb/天,加电72 小时后),或规定的时限内最大的总频率变化(如:±1ppm/(第一年)和±5ppm/(十年))来表示。
总频差:在规定的时间内,由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率和给定标称频率的最大偏差。总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。一般只在对短期频率稳定度关心,而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。
频率压控范围:将频率控制电压从基准电压调到规定的终点电压,晶体振荡器频率的最小峰值改变量。
频率压控线性:和理想(直线)函数相比的输出频率-输入控制电压传输特性的一种量度,它以百分数表示整个范围频偏的可容许非线性度。
开机特性(频率稳定预热时间):指开机后一段时间(如5 分钟)的频率到开机后另一段时间(如1 小时)的频率的变化率。表示了晶振达到稳定的速度。这指标对经常开关的仪器如频率计等很有用。
短稳:短期稳定度,观察的时间为1 毫秒、10 毫秒、100 毫秒、1 秒、10 秒。晶振的输出频率受到内部电路的影响(晶体的Q 值、元器件的噪音、电路的稳定性、工作状态等)而产生频谱很宽的不稳定。测量一连串的频率值后,用阿伦方程计算。相位噪音也同样可以反映短稳的情况(要有专用仪器测量)。
重现性:定义:晶振经长时间工作稳定后关机,停机一段时间t1(如24 小时),开机一段时间t2(如4 小时),测得频率f1,再停机同一段时间t1,再开机同一段时间t2,测得频率f2。重现性=(f2-f1)/f2。
贴片晶振的分类
贴片晶振也叫做SMD晶振也分为无源晶振和有源晶振两种类型。无源晶振和有源晶振(谐振)的英文名称不同,无源晶振为crystal(晶体),而有源晶振则叫做oscillator(振荡器)。无源晶振需要借助于时钟电路才能产生振荡信号,自身无法振荡起来,所以“无源晶振”这个说法并不准确;有源晶振是一个完整的谐振振荡器。石英晶体振荡器和石英晶体谐振器都是提供稳定电路频率的一种电子器件。石英晶体振荡器是利用石英晶振的压电效应来起振,而石英晶体谐振器是利用石英晶体和内置IC共同作用来工作的。振荡器直接应用于电路中,谐振器工作时一般需要提供3.3V电压来维持工作。振荡器比谐振器多了一个重要技术参数:谐振电阻(RR),谐振器没有电阻要求。RR的大小直接影响电路的性能,因此这是各商家竞争的一个重要参数。
正是因为有了居里兄弟的这项伟大发现,电子元器件压电石英晶体才得以开始在世界萌芽,而我们现在的智能科技生活也才如此多姿多彩。到了第一次世界大战,盟军军舰受到德国潜艇的攻击大量受损,于是设法寻找有效侦测潜艇的方法,但是电磁波无法有效穿透海水,而声波则因为有海水为介质更加容易地在海里行进传播探测,因此,当时的蓝杰文(P.Langevin)发展出利用石英压晶体管作为声波产生器。但可惜等到实验有了好结果时,大战也已接近尾声而来不及用上了。
石英两面各贴一钢片,使其振荡频率降到50KHz,外加一电脉波讯号,则经换能器转换成声波传至海底;过一段时间后,换能器接收到由海底反射之回波,由来回时间及波在海中行进的速度,可决定换能器到海底的距离。这个原理同样可测潜艇的位置。而后在1917年法国著名物理学家保罗·朗之万发明第一个晶体控制的电子式振荡器,这也促进了石英晶体振荡器在战争中的重大作用。