石英晶体谐振器知识

 

一、晶振的定义分类及应用 

1、概念：

      石英晶体谐振器又称为石英晶体，俗称晶振，主要材料是水晶，成分SiO2，它不仅是较好的光学材料，而且是重要的压电材料。晶体的主要特征是其原子或分子有规律排列，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，晶体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。是利用制成的谐振元件与半导体器件和阻容元件一起使用,便可构成石英晶体振荡器.

　　

       等效电路：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）

　　石英晶体谐振器，最低可工作在1kHz，常用在0.6到20MHz范围内，这是指基本频率（基频），频率再高则因晶片太薄而易碎。在更高频率应用时，都取基频的奇次谐波，称为泛音(over tone)，9次泛音的晶体工作频率可达200MHz，已到极限，但实用一般多为3次、5次泛音晶体。

其中：Cp为晶片2端电极与石英介质组成的电容，一般在3--8p之间，是一个静态参数 ，Ls与Cs谐振于晶体的串联谐振频率，Rs为与损耗有关的电阻，

这三者为动态参数  正规厂商资料都提供石英晶体谐振器的等效电路参数值，图中提供的是典型值。

 

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，泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。
振动模式与频率的关系为：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。
它是工作在串联谐振，在使用电容负载时一般的标称值为：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF。
泛音晶振应用的典型电路要在芯片接晶振的一脚到地串上一个电感和电容，若不加，则晶振输出只有基频，就达不到要求了。