腾讯安卓版皇室战争 www.btwal.icu (1) 公稱頻率及容許誤差( Nominal Frequency and Tolerance )

在正確的振蕩線路匹配下, 從振蕩線路輸出的頻率, 稱之為“標稱頻率( nominal frequency )”. 頻率單位一般是以兆赫( megahertz, MHz) 或 仟赫(Kilohertz, KHz)表示.

實際的批量生產及振蕩線路應用上, 產品在室溫環境(25oC)中都會有一些相對于中心頻率的頻率散布誤差. 這類型的頻率容許誤差的最大散布值,一般是以ppm ( parts per million )或% ( percent ) 來表示.

(2) 基本波振蕩及倍頻振蕩模態( Fundamental and Overtone Vibrations Mode )

在AT切割角度的石英晶體共振子主要是以厚度剪切振蕩模態存在. 石英晶體在共振時, 除了基本波振蕩之外, 高階的倍頻共振也與基本波振蕩同時存在于石英晶體的電極區域之間. 但是, 由于壓電材料的電極是電氣相位相反的振動環境, 所以, 祇有奇數倍(odd number)的高頻倍頻可以發生, 偶數倍(even number)的倍頻共振在石英晶體共振子是不會存在的(圖十).


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(3) 負載電容 ( Load Capacitance, CL )

振蕩線路上的”負載電容(load capacitance)”定義為:從石英晶體共振子的兩個端子看向振蕩線路所遭遇到的所有電容值.負載電容在線路上可以與石英晶體共振子以并聯(parallel)或以串聯(series)的方示連接. 以并聯方式連接的振蕩線路中, 負載電容(CL)的大小會影響公稱頻率的特性. 這種負載電容并聯線路的共振頻率以 fL 表示。


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(4) 頻率對溫度穩定性( Frequency-Temperature Stability )

石英頻率因溫度變化而改變, 這是因起于石英材料在各個坐標軸向的熱膨脹系數不同, 當溫度變化時, 各軸向晶格距產生些許變化. 當引用不同的切割角度時, 不同振蕩模態的之變化也會不同.

以AT切割角度的厚度剪切振蕩模態的設計, 一般是采用攝氏25度作為參考溫度點的頻率來定義在工作環境溫度范圍內的頻率變動的穩定性. 在定義這項頻率對溫度穩定性參數的同時, 也應該一同規范出相對應的工作環境溫度范圍(Operation Tempera-ture Range)。

石英頻率組件頻率對溫度穩定性的特性, 亦如同公稱頻率誤差一樣, 是以ppm或是以% 為計量單位. 組件的頻率溫度特性曲線與石英的切割角度, 振蕩模態, 表面處理及外型尺寸都有很大的關系. 除此之外, 振蕩線路上的負載電容(CL), 驅動功率(drive level)的特性, 也會影響到振蕩線路輸出頻率對溫度變化的穩定性.

(5) 等效串聯阻抗 ( Equivalent Series Resistance , ESR)

當石英晶體串聯振蕩在fs時, C1及L1是相反相位而互相抵消, 整個共振子的動態支臂(motional arm) 的導納(admittance)是接近最小阻抗值R1. 這時候整個石英晶體共振子的表現僅是一個電阻性的組件. 電阻值R1是整個組件的機械性能量損耗. 其中包含了石英材料, 接著材料及封裝材料上所有的能量損耗.

(6) 動態電容( Motional Capacitance C1 ) 及動態電感( Motional Inductance L1 )

在公式一中, ,動態電容C1及動態電感L1與串聯偕振頻率, fs ,是相互關聯的.在實際的量測系統中, 我們祇能量測到動態電容C1及串聯協振頻率fs . 動態電感L1是由公式(4)計算得到。


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(7) 靜態電容( Static Capacitance or Shunt Capacitance, Co )

靜態電容,Co, 主要來自由以石英芯片為介電材料與兩個電極所形成的電容為主; 另外一小部份的靜態電容來自連接石英芯片與接線的導電接著材料之間的電容和封裝外殼的電容. 靜態電容是在遠低于振蕩頻率的范圍量測出來的, 以避免在受到振蕩頻率附近的動態電容影響. 公式(5) 是靜態電容的數學表示式。


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在公式(5)中, A 代表電極的面積; d 代表石英芯片的厚度; ε 是石英芯片的相對應介電值; Cm+p 是其它由材料產生的電容值.

(8) 驅動功率( Drive Level )

石英晶體的驅動功率是指石英晶體共振子的消耗功率. 一般是以微瓦(microwatt)表示. 振蕩線路的設計上必須提供適當的功率讓石英晶體共振子開始起振并維持振蕩. 石英晶體的振蕩是屬于物理上的高頻機械振動, 振蕩時的電氣阻抗值約在10~100奧姆以下( 依頻率范圍及尺寸大小有差異). 振蕩線路若提供過高的驅動功率, 會使石英晶體的非線性特性變化及石英/電極/接著材料的接口惡化, 進而造成振蕩頻率FL及等效阻抗R1的過度變化. 石英晶體在長時期的過高驅動功率下工作, 會有不穩定的現象. 隨著各類應用面的低消耗功率需求及產品小形化趨勢, 加上近幾年石英產品的技術大幅提升, 石英晶體共振子的電氣阻抗值整體都下降而且穩定. 振蕩線路的設計不需要,也不應該提供過高的驅動能量在石英晶體共振子上面. 對于絕大部份的應用面而言, 振蕩線路提供 10 ~ 100 微瓦(microwatt)的最大功率(視石英共振子的尺寸及頻率而定)給石英共振子已足夠了.

(9) 電氣品質因子( Quality Factor, Q )

對于石英晶體共振子, 電氣質量因子Q是很重要的一個特性. 電氣質量因子可以用下列公式(6)表示,石英晶體的共振子的質量因子可以達到數佰萬以上.


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