NKG CRYSTAL成立于1984年,可以開發(fā)自己的振蕩器,并很快專注于高頻時鐘和具有各種輸出波形類型的VCXO,如LVPECL,LVDS和HCSL.隨著對TCXO和VCTCXO等更復(fù)雜產(chǎn)品的需求不斷增加,NKG開始與其他企業(yè)合作開發(fā)和制造,這符合行業(yè)的共同趨勢.憑借廣泛的頻率控制產(chǎn)品,NKG如今已成為行業(yè)中一家具有名氣的頻率控制元件公司.憑借自身的產(chǎn)品來源,NKG可以迅速獲得更多的市場份額,并成為著名的石英晶體單位制造商.下面則是NKG CRYSTAL音叉石英晶體簡介

  音叉晶體,或者也稱為腕表晶體,是最古老的晶體設(shè)計之一,用于手表,如32.768K時鐘以及當(dāng)今計算機和其他電子設(shè)備中的時間控制,如實時時鐘(RTC).今天,這些晶體單元正在以各種封裝尺寸和形狀批量生產(chǎn).正如工業(yè)中的任何地方一樣,小型化也影響了這種晶體類型,這導(dǎo)致了更小的封裝和SMD晶振形式,能夠進行SMT加工.用于此目的的最常見頻率是32.758kHz,當(dāng)頻率除以215,得到1Hz (赫茲)信號時,振蕩器可以利用該頻率提供一秒鐘的輸出信號.30~200千赫的頻率用于其他應(yīng)用.

2 .石英晶體材料及其工作原理

  正如名字所說,石英晶振是由石英制成的.石英是一種天然材料,在地球上隨處可見,主要是石英砂和形成晶體的巖石.如今,石英是在高壓釜中合成生長的,比天然石英純度更高.對于使用的音叉晶體Ybars,Y是指石英晶格的軸,該棒沿著該軸生長.

  石英因其將機械應(yīng)力轉(zhuǎn)化為電能的特性而被使用,反之亦然.這種效應(yīng)被稱為壓電效應(yīng).在那里也是可以用作利用壓電效應(yīng)的振動器的其它材料,例如陶瓷,但是其中石英對于振動諧振器具有最好的性能,并且提供高的Qfactor.

  基于原子空間晶格的取向和取向,有不同類型的石英可供選擇.這在名稱上被區(qū)分為左手石英和右手石英,也稱為α和β修飾.兩者可以同時存在于同一石英塊或晶振晶片中,并且兩者可以同時工作.然而,這不是想要的操作模式,需要避免.

3 .石英晶體振動模式

  石英中的壓電效應(yīng)可以在不同的振動模式中使用,這是基于這些振動板(稱為晶片或坯料)從原材料中切割出來的方式,考慮到它們對原子晶格的取向.下面是最常見的振動模式.

  對于音叉石英晶體,使用的是彎曲模式.彎曲模式晶體單元主要在低于1兆赫茲的低頻范圍內(nèi)工作.因為這些晶體通常僅使用基波模式,泛音模式是可能的,但由于這些晶體在泛音模式下具有高電阻,因此不容易實現(xiàn).

4 .石英晶體切割

  為了利用期望的振動模式并具有壓電效應(yīng),諧振器的晶體板需要從石英晶格中切出一定角度.

  多年來,為了正確定義這些削減,縮寫詞被分配給了這些削減.對于音叉晶體諧振器,在彎曲中工作模式,被稱為X-切割,XYcut或NTcut.

  它們之間的差異與最終晶體單元的性質(zhì)和制造技術(shù)有關(guān).最常見的是Xcut(也稱為X+2cut),它也用在我們圓柱形封裝的晶體上.

5 .音叉彎曲模式工作原理

  音叉這個名字來自于類似音叉形狀的水晶板(稱為水晶晶片或坯料)的設(shè)計.其工作原理與音叉相同,兩個尖端將以一定的頻率振動.頻率由音叉尖端的質(zhì)量定義,這與音叉尖端的機械尺寸有關(guān),包括所有三維尺寸,長度,寬度和高度.

6 .音叉彎曲模式電極電鍍

  為了使音叉尖端的機械運動起作用,需要向音叉尖端施加電場.這是通過在石英貼片晶振表面電鍍電極來實現(xiàn)的.對于這些電極,主要使用銀,但鋁和金也是可能的.

  音叉X切割壓電石英晶體上的電極鍍層需要鍍在尖端的所有四個側(cè)面上,并且兩個尖端需要具有相反的極性,這樣尖端將按照上一頁描述的方式移動.

7 .音叉晶體組件

8 .音叉晶體電參數(shù)

  石英晶體的電學(xué)參數(shù)取決于其基于所用SMD晶振切割的性質(zhì).主要參數(shù)可以通過從機械振動模型中提取的等效電路來解釋.機械振動模型及其等效電路.

  石英晶體單元的等效電路由電容器C1,電感器L1和電阻器R1的串聯(lián)支路組成,并聯(lián)電容C0.左下角顯示了帶有外部負載電容器CL的晶體單元的符號.

  32.768K音叉表晶體電氣參數(shù)(續(xù))下表列出了客戶需要指定的典型音叉晶體單元的電氣參數(shù).

  下表列出了客戶需要指定的典型音叉晶體單元的電氣參數(shù).

  可以指定附加參數(shù),例如運動電容C1,電容比C0/C1,Q因子等,但是對于普通應(yīng)用來說不是必需的.所有這些參數(shù)也因頻率和包裝而異類型,

8.音叉晶體電氣參數(shù)(續(xù))

  該圖表顯示了音叉晶體單元的典型頻率-溫度特性.

  綠色曲線顯示了曲率常數(shù)k=0.034ppm/C的理想壓電晶體,其轉(zhuǎn)折點正好在+25°C,并且在室溫(0ppm)下被設(shè)置為中心頻率.

  灰色區(qū)域表示如果在室溫下制造20ppm公差的晶體單元的范圍(紅色虛線),具有+ 25±5°C的轉(zhuǎn)折點范圍和0.034ppm/C的曲率常數(shù)

8.音叉晶體電氣參數(shù)(續(xù))

  該圖表顯示了石英晶體單元的典型老化特性.老化取決于各種因素,這些因素的總和可以增加或減少頻率.隨著時間的推移,如曲線所示,石英晶體諧振器趨于穩(wěn)定,制造商在加工過程中進行預(yù)研磨,以獲得更多的石英晶體逐漸老化的部分.影響行為的因素是:壓力,雜質(zhì),溫度,制造方面

9 .音叉晶體振蕩器電路

  如今,石英晶體振蕩器電路通常集成到IC中,因此外部只需要幾個元件.右側(cè)的示意圖顯示了低頻振蕩器的典型電路.它包括:集成放大器或門.相移電阻器“Rd”,通常是集成的,典型值為300k.此處顯示的IC輸入/輸出電容“CXC_”是為了完整起見,因為它們是電路總負載電容的一部分.

  反饋電阻“Rf”,通常是外部的,因為其典型值為10M.晶體單元“Y1”.外部負載電容器“C1”和“C2”,它們的值取決于電路設(shè)計,板上的附加雜散電容和晶體.