Pletronics晶振掌握了哪些石英水晶元件技術(shù)
來(lái)源：http://www.fuleikeji.cn 作者：康華爾電子 2018年08月16
在武俠小說(shuō)，影視劇中誰(shuí)得到了最高的武功秘籍，誰(shuí)就能成為武林第一高手，可以一統(tǒng)江湖，在晶振的世界里，誰(shuí)掌握了最高端的工藝技術(shù)，就能成為業(yè)界中數(shù)一數(shù)二的領(lǐng)軍人物，實(shí)現(xiàn)財(cái)富名譽(yù)雙收。Pletronics晶振是行業(yè)中的佼佼者，1979年成立至今，已經(jīng)積累了將近40年的晶振制造經(jīng)驗(yàn)，也創(chuàng)新了不少先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。難得的是，Pletronics晶振公司還不斷開發(fā)可以降低成本，又不會(huì)影響石英晶振質(zhì)量的加工程序，每年都拿出收入的10%用于石英晶體振蕩器研發(fā)的設(shè)備，材料，測(cè)試等方面。
Pletronics晶振公司的目標(biāo)一直非常精確，就是要成為全球用戶信任，支持的一級(jí)高端晶體供應(yīng)商，這個(gè)目標(biāo)在公司上下員工努力之下，早已實(shí)現(xiàn)，而且還超出了預(yù)料的范圍。這一切都得益于自己領(lǐng)悟和創(chuàng)新的有源晶振制造技術(shù)，因?yàn)閷Ｗ⑺詫I(yè)，提供最高頻率、高質(zhì)量的零部件。Pletronics的中文名叫做普銳特晶振，近幾年才開始在中國(guó)大陸，港澳臺(tái)地區(qū)銷售，根據(jù)客戶回訪調(diào)查，可得知使用后的反饋不錯(cuò)，普遍得到各大生產(chǎn)廠家和企業(yè)的追捧。以下是Pletronics公司提供的部分掌握石英水晶振蕩子的技術(shù)和知識(shí)資料。
1)相位噪聲到抖動(dòng)轉(zhuǎn)換壓控晶體振蕩器抖動(dòng)性能通常在頻域中測(cè)量為相位噪聲，因?yàn)樵摲椒ǖ木群头直媛侍岣吡恕axim Semiconductor做了一個(gè)出色的應(yīng)用筆記，描述了相位噪聲測(cè)量到抖動(dòng)值的轉(zhuǎn)換。這包括一個(gè)易于在EXCEL中實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)化版本。
2）將削波的正弦波輸出轉(zhuǎn)換為CMOS
來(lái)自許多溫補(bǔ)晶振和其他SPXO晶體振蕩器的限幅正弦波輸出信號(hào)很容易轉(zhuǎn)換為CMOS輸出信號(hào)。
這個(gè)簡(jiǎn)單的電路可以由額定為0.8V PP限幅正弦波輸出的振蕩器驅(qū)動(dòng)，規(guī)定最大負(fù)載為10K歐姆，與10pF并聯(lián)。輸出的CMOS方波具有Vcc PP電平，占空比接近50％。
該電路工作電壓范圍為1.65V至5.5V，最低工作電壓為70MHz。
將限幅正弦波轉(zhuǎn)換為CMOS的成本很低。例如，2009年3月，一家全國(guó)知名的電子產(chǎn)品分銷商以5K的數(shù)量將Fairchild邏輯門列為0.052美元ea。Fairchild邏輯門采用SOT23-5和SC70-5封裝。其他組件總價(jià)不到0.01美元。
3）沖擊水平和破碎的晶體導(dǎo)致故障
石英晶體和石英晶體振蕩器最常見的故障之一是破碎的晶體。包裝內(nèi)的晶體懸浮在包裝內(nèi)的自由空間中，懸浮在干燥的氮?dú)庵谢蛟谡婵湛臻g中。高沖擊會(huì)導(dǎo)致精密定時(shí)元件斷裂。大多數(shù)Pletronics Crystal產(chǎn)品的額定功率為1500Gs，通過將設(shè)備放在地板上可以輕松達(dá)到這種水平的沖擊。
該圖表顯示了將物體放在硬木或乙烯基型地板表面上時(shí)達(dá)到的G力。混凝土地板上的力要高得多。
4）為什么TCXO會(huì)剪切正弦波輸出？
大多數(shù)陶瓷LCC封裝的TCXO僅適用于削波正弦波輸出。這樣做有很多原因，盡管它讓許多想要CMOS輸出電平的電路設(shè)計(jì)者感到沮喪。
CMOS輸出會(huì)為TCXO IC增加顯著的功耗。IC和封裝中產(chǎn)生的溫度梯度將限制實(shí)現(xiàn)最佳TCXO晶振補(bǔ)償?shù)哪芰Α?br /> 各種可能的CMOS負(fù)載會(huì)改變補(bǔ)償設(shè)計(jì)，因?yàn)閮?nèi)部熱梯度會(huì)導(dǎo)致TCXO不符合規(guī)格。當(dāng)輸出電平變化時(shí)，CMOS輸出會(huì)導(dǎo)致電源和接地瞬變。該噪聲會(huì)對(duì)TCXO的相位噪聲性能產(chǎn)生不利影響。
CMOS輸出產(chǎn)生更大的EMI/RFI信號(hào)，這可能導(dǎo)致難以滿足美國(guó)FCC和其他國(guó)家從最終系統(tǒng)輻射能量限制的困難。截?cái)嗟恼也仁堑驼穹执蟛糠质钦也ǎ瑢?dǎo)致低信號(hào)電平和較少的諧波。
使用這些TCXO的許多應(yīng)用都具有ASIC輸入，可接受限幅正弦波并在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為CMOS邏輯電平。
請(qǐng)參閱有關(guān)將限幅正弦波電平轉(zhuǎn)換為CMOS的常見問題解答。它很容易做，成本低。
5）為什么水晶的頻率限制較低？
晶體的厚度決定了頻率。對(duì)于AT切割石英晶體諧振器，0.001“（0.0254mm）厚度約為63MHz基模諧振器。如果厚度加倍，則諧振頻率將為0.5 * 63MHz或31.5MHz。8MHz晶體厚度為0.0078“（0.200mm）.4MHz晶體厚度為0.0157”（0.400mm）。
遇到兩個(gè)限制特定包裝尺寸中最低頻率的條件：
a）簡(jiǎn)單的條件，較新的薄型陶瓷LCC封裝不接受較厚的晶體。根據(jù)封裝，頻率 下限范圍從8MHz到12MHz，向下。
b）請(qǐng)記住，石英晶體是一種振動(dòng)機(jī)械裝置。對(duì)于最佳設(shè)計(jì)，那些具有較低ESR（CI）和無(wú)擾動(dòng)（不希望的振動(dòng)模式導(dǎo)致頻率跳躍）的振動(dòng)區(qū)域應(yīng)位于晶體的中心區(qū)域。
當(dāng)晶體頻率較低且晶體較厚時(shí)，振動(dòng)區(qū)域更加機(jī)械地耦合到邊緣。在這種情況下，擾動(dòng)（不需要的共振）變得難以控制。解決方案是使水晶傾斜或輪廓化（使水晶看起來(lái)更像放大鏡凹面形狀）。邊緣的這種變薄將振動(dòng)區(qū)域限制在晶體中心并允許控制擾動(dòng)。
不幸的是，限制振動(dòng)區(qū)域會(huì)顯著增加ESR。例如在12MHz：
SM13T 5x7mm晶體ESR最大值為50歐姆
SM11T 3.2x5mm晶體ESR最大值為80歐姆
對(duì)于這個(gè)例子，低于12MHz的SM11T是不實(shí)用的，因?yàn)镋SR變得非常大。
美國(guó)Pletronics公司量產(chǎn)的石英晶體振蕩器產(chǎn)品在康華爾電子官網(wǎng)有信，并可提供各個(gè)型號(hào)的數(shù)據(jù)表，并可以提供晶振樣品服務(wù)和技術(shù)支持，滿足各新老用戶的一切要求。送樣后及時(shí)追蹤客戶的測(cè)試情況，以便及時(shí)處理可能發(fā)生的問題，總之，康華爾電子會(huì)為客戶解決一切后顧之憂。
Pletronics晶振公司的目標(biāo)一直非常精確，就是要成為全球用戶信任，支持的一級(jí)高端晶體供應(yīng)商，這個(gè)目標(biāo)在公司上下員工努力之下，早已實(shí)現(xiàn)，而且還超出了預(yù)料的范圍。這一切都得益于自己領(lǐng)悟和創(chuàng)新的有源晶振制造技術(shù)，因?yàn)閷Ｗ⑺詫I(yè)，提供最高頻率、高質(zhì)量的零部件。Pletronics的中文名叫做普銳特晶振，近幾年才開始在中國(guó)大陸，港澳臺(tái)地區(qū)銷售，根據(jù)客戶回訪調(diào)查，可得知使用后的反饋不錯(cuò)，普遍得到各大生產(chǎn)廠家和企業(yè)的追捧。以下是Pletronics公司提供的部分掌握石英水晶振蕩子的技術(shù)和知識(shí)資料。
1)相位噪聲到抖動(dòng)轉(zhuǎn)換壓控晶體振蕩器抖動(dòng)性能通常在頻域中測(cè)量為相位噪聲，因?yàn)樵摲椒ǖ木群头直媛侍岣吡恕axim Semiconductor做了一個(gè)出色的應(yīng)用筆記，描述了相位噪聲測(cè)量到抖動(dòng)值的轉(zhuǎn)換。這包括一個(gè)易于在EXCEL中實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)化版本。
2）將削波的正弦波輸出轉(zhuǎn)換為CMOS
來(lái)自許多溫補(bǔ)晶振和其他SPXO晶體振蕩器的限幅正弦波輸出信號(hào)很容易轉(zhuǎn)換為CMOS輸出信號(hào)。
這個(gè)簡(jiǎn)單的電路可以由額定為0.8V PP限幅正弦波輸出的振蕩器驅(qū)動(dòng)，規(guī)定最大負(fù)載為10K歐姆，與10pF并聯(lián)。輸出的CMOS方波具有Vcc PP電平，占空比接近50％。
該電路工作電壓范圍為1.65V至5.5V，最低工作電壓為70MHz。
將限幅正弦波轉(zhuǎn)換為CMOS的成本很低。例如，2009年3月，一家全國(guó)知名的電子產(chǎn)品分銷商以5K的數(shù)量將Fairchild邏輯門列為0.052美元ea。Fairchild邏輯門采用SOT23-5和SC70-5封裝。其他組件總價(jià)不到0.01美元。
3）沖擊水平和破碎的晶體導(dǎo)致故障
石英晶體和石英晶體振蕩器最常見的故障之一是破碎的晶體。包裝內(nèi)的晶體懸浮在包裝內(nèi)的自由空間中，懸浮在干燥的氮?dú)庵谢蛟谡婵湛臻g中。高沖擊會(huì)導(dǎo)致精密定時(shí)元件斷裂。大多數(shù)Pletronics Crystal產(chǎn)品的額定功率為1500Gs，通過將設(shè)備放在地板上可以輕松達(dá)到這種水平的沖擊。
該圖表顯示了將物體放在硬木或乙烯基型地板表面上時(shí)達(dá)到的G力。混凝土地板上的力要高得多。
4）為什么TCXO會(huì)剪切正弦波輸出？
大多數(shù)陶瓷LCC封裝的TCXO僅適用于削波正弦波輸出。這樣做有很多原因，盡管它讓許多想要CMOS輸出電平的電路設(shè)計(jì)者感到沮喪。
CMOS輸出會(huì)為TCXO IC增加顯著的功耗。IC和封裝中產(chǎn)生的溫度梯度將限制實(shí)現(xiàn)最佳TCXO晶振補(bǔ)償?shù)哪芰Α?br /> 各種可能的CMOS負(fù)載會(huì)改變補(bǔ)償設(shè)計(jì)，因?yàn)閮?nèi)部熱梯度會(huì)導(dǎo)致TCXO不符合規(guī)格。當(dāng)輸出電平變化時(shí)，CMOS輸出會(huì)導(dǎo)致電源和接地瞬變。該噪聲會(huì)對(duì)TCXO的相位噪聲性能產(chǎn)生不利影響。
CMOS輸出產(chǎn)生更大的EMI/RFI信號(hào)，這可能導(dǎo)致難以滿足美國(guó)FCC和其他國(guó)家從最終系統(tǒng)輻射能量限制的困難。截?cái)嗟恼也仁堑驼穹执蟛糠质钦也ǎ瑢?dǎo)致低信號(hào)電平和較少的諧波。
使用這些TCXO的許多應(yīng)用都具有ASIC輸入，可接受限幅正弦波并在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為CMOS邏輯電平。
請(qǐng)參閱有關(guān)將限幅正弦波電平轉(zhuǎn)換為CMOS的常見問題解答。它很容易做，成本低。
5）為什么水晶的頻率限制較低？
晶體的厚度決定了頻率。對(duì)于AT切割石英晶體諧振器，0.001“（0.0254mm）厚度約為63MHz基模諧振器。如果厚度加倍，則諧振頻率將為0.5 * 63MHz或31.5MHz。8MHz晶體厚度為0.0078“（0.200mm）.4MHz晶體厚度為0.0157”（0.400mm）。
遇到兩個(gè)限制特定包裝尺寸中最低頻率的條件：
a）簡(jiǎn)單的條件，較新的薄型陶瓷LCC封裝不接受較厚的晶體。根據(jù)封裝，頻率 下限范圍從8MHz到12MHz，向下。
b）請(qǐng)記住，石英晶體是一種振動(dòng)機(jī)械裝置。對(duì)于最佳設(shè)計(jì)，那些具有較低ESR（CI）和無(wú)擾動(dòng)（不希望的振動(dòng)模式導(dǎo)致頻率跳躍）的振動(dòng)區(qū)域應(yīng)位于晶體的中心區(qū)域。
當(dāng)晶體頻率較低且晶體較厚時(shí)，振動(dòng)區(qū)域更加機(jī)械地耦合到邊緣。在這種情況下，擾動(dòng)（不需要的共振）變得難以控制。解決方案是使水晶傾斜或輪廓化（使水晶看起來(lái)更像放大鏡凹面形狀）。邊緣的這種變薄將振動(dòng)區(qū)域限制在晶體中心并允許控制擾動(dòng)。
不幸的是，限制振動(dòng)區(qū)域會(huì)顯著增加ESR。例如在12MHz：
SM13T 5x7mm晶體ESR最大值為50歐姆
SM11T 3.2x5mm晶體ESR最大值為80歐姆
對(duì)于這個(gè)例子，低于12MHz的SM11T是不實(shí)用的，因?yàn)镋SR變得非常大。
美國(guó)Pletronics公司量產(chǎn)的石英晶體振蕩器產(chǎn)品在康華爾電子官網(wǎng)有信，并可提供各個(gè)型號(hào)的數(shù)據(jù)表，并可以提供晶振樣品服務(wù)和技術(shù)支持，滿足各新老用戶的一切要求。送樣后及時(shí)追蹤客戶的測(cè)試情況，以便及時(shí)處理可能發(fā)生的問題，總之，康華爾電子會(huì)為客戶解決一切后顧之憂。
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