石英晶體音叉介紹

石英晶體音叉，或手表晶體，是最古老的石英晶體設計之一。音叉最初用于手表和時鐘的計時，現在也用于現代電子產品，如計算機，作為實時時鐘(RTC)。全球供應商每年制造數以億計的這種獨特形狀的石英晶體。音叉晶體有多種尺寸可供選擇，以滿足設計需求，每年的趨勢都指向更小的表面貼裝晶體封裝。音叉晶體ECS-.327-12.5-39-TR頻率和拋物線溫度曲線6G晶振

石英晶體被命名為音叉，因為晶體板的設計，也被稱為晶片或空白，類似于音樂音叉的形狀。工作原理是相似的；兩個柄腳將以一定的頻率振動。音叉的頻率由音叉柄腳的質量和尺寸確定，包括長度、寬度和高度。

音叉水晶背景

顧名思義，石英晶振是由石英制成的。傳統上，石英是一種天然存在的硬礦物，但今天的大多數石英是在高壓釜中合成生長的，這提供了比天然石英更高的標準純度。使用石英是因為當施加機械壓力和張力時，石英變成壓電的，并且會產生電荷。這種壓力引起機械振動，我們稱之為頻率。

石英需要以精確的角度切割，以啟動特定的振動模式，并確保壓電效應發揮作用。最常見的水晶設計之一是AT切割水晶。AT切割晶體的頻率由晶體的厚度決定。比如:晶體越薄，頻率越高。晶體的振動質量將直接決定晶體振蕩器電路設計需要并聯還是串聯諧振晶體。

音叉晶體頻率和工作原理

有四種常見的晶體機械振動模式:彎曲、拉伸、表面剪切和厚度剪切。石英晶體音叉晶振將以彎曲模式工作，其特征在于柄腳在水平面上獨立但同相地振動。彎曲模式晶體主要在低于1 MHz的低頻范圍內工作。雖然泛音模式是可能的，但音叉晶體主要用作基頻。

最常見的石英晶體頻率是32.768kHz。這個頻率已經變得很常見，因為當32.768kHz除以2/15時，就有一個1Hz的信號。1Hz信號將持續提供一秒鐘的時間。這為星期、日期和時間的出現提供了可靠的計時系統。經典音叉的頻率最終是簡單的算術運算和石英生產的一般條件的結果。音叉晶體ECS-.327-12.5-39-TR頻率和拋物線溫度曲線6G晶振

音叉晶體拋物線溫度曲線

由于其獨特的形狀，音叉晶體不能在很寬的溫度范圍內提供高精度。它們的溫度精度可以繪制成隨溫度變化的拋物線。在室溫或大約+25°c時，該精度通常為20ppm，相當于每天增加或減少1.7秒時間，或每年增加或減少10.34分鐘時間。圖1顯示了極高和極低溫度下精度的下降。這些溫度下的典型精度比150ppm差得多，相當于每天損失近13.0秒的時間，或每年損失約1.3小時。32.768 kHz音叉晶體的常見拋物線系數為0.04 ppm/ C2。

確定音叉頻率穩定性的拋物線

如何確定典型32.768 kHz音叉晶體的溫度與精度

典型晶體在特定頻率(f)和溫度(T)下的頻率偏差(δf)為:

δf/f = k(T–To)2+ fo

其中:

• f是標稱晶體頻率
• k是曲率常數
• t是溫度
• To是周轉溫度
• fo是室溫下的頻率偏差

對該方程的分析揭示了只有三個變量控制晶體在溫度范圍內的頻率響應。它們是曲率接觸、翻轉溫度和室溫頻率偏差。曲率常數對頻率偏差隨溫度變化的拋物線性質影響最大，但該常數具有非常小的偏差。不同的轉變溫度使偏離曲線向左或向右移動，室溫下不同的頻率偏離將使曲線向上或向下移動。音叉晶體ECS-.327-12.5-39-TR頻率和拋物線溫度曲線6G晶振

汽車級音叉晶體

當涉及溫度時，汽車級音叉晶體也應考慮在內。ECS Inc. International的汽車級晶體在符合IATF-16949標準的工廠制造，并通過了AEC-Q200認證。如果需要，這些元件支持PPAP，并提供標準音叉晶體中沒有的特殊性能。

汽車級音叉可以指定為標準規格，如-40°C ~ 85°C，但也提供擴展的溫度范圍，達到+105°C，在某些情況下達到125°C。根據其應用，汽車級晶體通常會受到極端溫度變化的影響；這些晶體可以在一天內多次感受到超過100攝氏度的溫度變化。加固的AEC-Q200車載晶振具有更多連接點，在高沖擊和振動環境下具有出色的性能。例如，當人們乘坐汽車時，主動懸架會不斷調整駕駛以獲得最佳舒適性，輪胎壓力監測系統位于車輪中，確保乘客可以從A點到達b點。加固晶體和其他組件可以歸功于汽車操作系統的成功，這些系統經受了如此多的壓力。

通孔晶體

通孔晶體是標準表面貼裝晶體中第二常見的音叉晶體。通孔晶體是密封的，因此通孔晶體的溫度性能可以與標準的32.768 kHz音叉晶體相媲美。兩者的主要區別不在于性能，而在于通孔晶體需要手工放置在印刷電路板上，這增加了制造時間。音叉晶體ECS-.327-12.5-39-TR頻率和拋物線溫度曲線6G晶振