声表面滤波器－术语解释及其应用指南

术语 定义

ＡＴ切割  用特殊的切割角度加工晶体的一种切割方法，用这种切割方法加工的晶体有良好的温度特性，是制造石英晶体元件最常用的方法。

老化率    石英晶振产品频率相对于时间的稳定性，一般情况下它的变化是几个ppm/年

等效电阻ＲＩ   等效电阻（ESR）通常表明石英晶体谐振器在连续振荡中阻抗性能的好坏

调整频差  各种频率可接收的变化范围（一般情况下用ppm表示）

温度频差  石英晶体元件频率随温度变化而变化的特性。不同的切割方法和不同的切割角度都有不同的特性曲线。

工作温度范围   贴片晶振晶体元件工作在规定频差之内的工作温度范围。

储存温度范围   晶体能在它的特殊性中得到完好保存的范围。

激励电平  电路中用来驱动晶体元件振荡的电源叫激励电平，越好的产品需要的激励电平越小。

负载电容  从晶体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振在电路上的工作效率。

等效电路  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和加上引线及基座带来的电容。RI、LI、CI组成晶体等效电路的动态臂。CI表示石英的动态电容。LI为动态电感，RI为动态电阻。

一、术语解释

1、 插入损耗：信号源直接传送给负载阻抗的功率（P0）和插入滤波器后传送给负载阻抗的功率（P1）之比的对数值。通常用分贝（dB）为单位进行度量，表示为IL=10 lg （P0/ P1）。

2、 通带波动：通带内衰耗的最大峰值与最小谷值之差。

3、 通带宽度；指相对衰耗小于和等于某一规定值时的频率宽度（如1dB、2dB、3dB、6dB等）。

4、 阻带衰耗：指整个阻带内的最小衰耗值。

5、 阻带宽度：相对衰耗等于和大于某规定值时的频带宽度（如40dB、50dB、60dB、80dB等）。

6、 匹配阻抗：滤波器技术条件中要求的端接匹配阻抗值。

二、应用指南

石英晶体滤波器根据其结构不同分为集成式单片滤波器和分离式滤波器。

集成式滤波器结构简单、体积小、价格低，但其带宽和频率受到限制，分离式滤波器则可以弥补集成式滤波器的不足，使可实现的频率和带宽得以拓展。

数字通讯技术的发展，对晶体滤波器的群延时特性及互调失真指标提出要求，而分离式滤波器能够较容易解决。

1、 阻抗匹配：性能优良的滤波器在与其端接的电路阻抗不匹配时，滤波特性会变差，引起通带波动增大，插损增加。当外电路阻抗低于滤波器特性阻抗时，中心频率将下移，反之上移。滤波器的测试或使用应符合以下原理图

"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。

2、 合理的测量电平；如同晶体对激励电平的要求一样，滤波器中其核心元件仍是贴片晶振，因此激励电平在没有规定时，一般选0dB作为输入电平。

3、 良好的屏蔽：对滤波器的输入端和输出端进行良好屏蔽，以使信号源的能量不能直接耦合到负载端。对甚高频以上滤波器，则应使滤波器与仪器间的连接尽量符合同轴线原理。滤波器在线路上时应尽可能采用大面积接地，并将输入、输出端隔离，保证滤波器的阻带衰耗。

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。

石英晶体谐振器主要技术指标

标称频率：有源晶振振荡器输出的中心频率或频率的标称值。

频率准确度：振荡器输出频率在室温(25℃±2℃)下相对于标称频率的偏差。

调整频差：在指定温度范围内振荡器输出频率相对于25℃时测量值的最大允许频率偏差。

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（产生谐振）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。

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。

工作温度范围：能够保证振荡器输出频率及其化各种特性符合指标的温度范围。

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，用CL表示。

负载电容系列：8PF 12PF 15PF 20PF 30PF 50PF 100PF

激励电平：贴片晶振晶体工作时所消耗功率的表征值。激励电平可选值有：2mW、1mW、0.5mW、0.2mW、0.1mW、50μW、20μW、10μW、1μW、0.1μW 等

老化率：在确定时间内输出频率的相对变化。

基频：在振动模式最低阶次的振动频率。

泛音：晶体振动的机械谐波。泛音频率与基频频率之比整数倍，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。

频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

ft=±(fmax-fmin)/(fmax+fmin)

ftref＝±MAX[｜(fmax-fref)/fref｜，｜(fmin-fref)/fref｜]

ft：晶振频率温度稳定度(不带隐含基准度)

ftref：频率温度稳定度(带隐含基准温)

fmax ：规定温度范围内测得的最高频率

fmin：规定温度范围内测得的最低频率

fref：规定基准温度测得的频率

说明：采用ftref指标的晶体振荡器其生产难度要高于采用ft指标的石英晶体振荡器,故ftref指标的晶体振荡器售价较高。

石英晶片的制作流程

准备晶棒——晶片切割——晶片排盘——车圆加工——厚度分类——表面粗研——频率检查—— 表面精研——频率检查——频率分类——化学腐蚀——频率检查——频率分类

石英晶体的制作工艺流程

晶片清洗——镀膜——上架、点胶——微调——压封——检漏——老化——测试——终检——包装——入库

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。