标签: 晶振尺寸

随着电子设备不断向小型化发展，晶振也朝着小型化低功耗的趋势发展。今天凯擎小妹聊一下小型化对晶振的起振时间、相位噪声和抖动的具体影响。 1. 起振时间 起振时间是晶振开始工作并达到稳定振荡状态所需的时间，主要由晶体的谐振电阻和负性阻抗决定。 晶体的 谐振电阻 越小，起振越快。高品质的石英材料和精密切割技术可以减少晶体内部缺陷，提高品质因数Q值，从而减少起振时间。 负性阻抗 的大小由振荡IC和负载电容CL决定。在设计中合理选择负载电容和优化振荡IC，有助于在小型化条件下实现快速起振 2. 相位噪声 相位噪声是振荡信号频域内的不稳定，直接影响信号的纯净度和质量。 高Q值晶体 能够更好地滤除噪声信号，降低相位噪声。高Q值的小型化晶振可以实现低相位噪声的需求。 合理选择负载电容 并优化电路设计，平衡近端和远端相位噪声，是提高整体性能的关键。 驱动电路设计 可以减少电源噪声和电磁干扰对相位噪声的影响。采用低噪声放大器和稳压电源，可以进一步降低相位噪声。 3. 抖动 抖动是信号在时域内的不稳定，主要有电源质量和环境干扰引起的。 低噪声的电源 设计和滤波电路可以减少电源噪声对抖动的影响。稳定干净的电源是降低抖动的基础。 电磁干扰和射频干扰 是引起抖动的重要因素。小型化晶振需要在设计中考虑屏蔽和隔离技术，以减少外部干扰的影响。 如何选择合适的晶振 如果电子设备需要较大的负载和较强的驱动能力，尽量选择体积较大的晶体。在既要小体积又要驱动能力较强的情况下，可以选用驱动能力较高的振荡IC。同时，koan凯擎小妹建议您选择高品质因数的晶体，能够在低功耗条件下提供优异的相位噪声性能。

晶体振荡器用于产生稳定的频率信号。在选择晶振封装时，需要综合考虑多个因素：电路板设计、生产工艺、性能要求和成本等。KOAN凯擎小妹将介绍几种常见的晶振封装的特点及其优势：HC-49S/U/M、SMD贴片、圆柱、DIP金属封装、陶瓷晶振和MEMS晶振。 1. HC-49S/U/M 特点：传统封装，尺寸较大； 机械强度高，抗振性好；价格低，生产工艺成熟 应用：对于家电、电源设备等对尺寸要求不高的场合。适用于对空间要求不严格的传统电子设备。 2. SMD贴片 特点：小型化封装，常见尺寸从1612~7050mm; 适合自动化生产; 尺寸小，重量轻，适合高密度电路设计。 应用：用于移动设备、可穿戴设备、医疗电子、无线通信设备等对尺寸和重量有严格要求的产品。适用于对高频率和高精度有需求的电路设计。 KOAN晶振：贴片晶振有低抖动KJ系列，扩频晶振KM系列，差分KD系列等选择 3. 圆柱 特点：封装形式便于插入电路板。体积较小，封装强度较高。 应用：应用于便携式电子产品、遥控器、玩具等体积要求较小的场合。适用于高振动或机械冲击环境下的应用 KOAN晶振：kHz频率：KX1040, KX2060, KX3080； MHz频率：KX26, KX38 4. DIP金属封装 特点：高稳定性，高精度和耐用性 应用：应用于航空航天、通信基站等对环境适应性要求较高的场合。适用于对电磁兼容性（EMC）有严格要求的应用。 KOAN晶振：时钟振荡器：KS08, KS14; 压控晶振：KV08, KV14;温补晶振：KT14, KT14S, KT14CS;恒温晶振：KO2013, KO5050... 5. 陶瓷晶振 特点：采用陶瓷材料封装，具有良好的热稳定性和机械强度。具有良好的气密性和长期稳定性。 应用：主要应用于消费电子、工业控制、汽车电子等领域。特别适合温度变化较大的环境，如户外设备和汽车引擎控制系统。 6. MEMS晶振 特点：利用微机电系统技术制造，具有极小的封装尺寸.具有高频率稳定性和低功耗特点。抗振动性能优异，适合恶劣环境应用。 应用：广泛应用于对尺寸和功耗有严格要求的场合。适用于高频率和高精度需求的应用。

跌落试验的目的是确定在搬运装卸及在现场工作条件下所引起的重复随机撞击对晶振的影响。试验中会暴露出不需要用冲击和振动试验就能检查出来的各种类型的结构与机械缺陷。可参考标准：GJB 360B.203。本试验可以用“跌落试验台”。 试验说明： ·3225(含)以下尺寸产品加重跌落：晶振在150g/150CM高度自由落体到水泥地板3次* (x,y,z,-x,-y,-z),共十八次(6面12边方向各跌落一次) ·3225以上尺寸产品：KOAN晶振在75cm高度自由落体到水泥地板3次 无源晶振指的是谐振器，内部没有独立起振电路，需要外部电路配合，并且精准匹配外部电容才可以输出信号；KOAN有源晶振指的是所有振荡器系列，特点是稳定度高，不受外部电路影响，内部有独立起振芯片。 跌落试验对晶振的影响： 晶体谐振器：频率升高1ppm左右(5max),谐振阻抗增大4Ω左右(5max or +10%) 晶体振荡器：频率降低2ppm左右(-5max)

晶振的封装分为SMD贴片晶振和DIP插件晶振。焊接分为手工和机器焊接(回流焊和波峰焊)。 贴片晶振：回流焊 回流焊 回流焊主要用于贴片晶振的焊接。在焊盘上涂上焊锡膏后，把电子元件贴装在焊盘上。将空气或者氮气加热到足够高的温度后，吹向已经贴装好的线路板上。焊料融化后和主板粘结，达到元件焊接在电路板上的目的。 焊接步骤：预热区 → 加热区 → 冷却区 焊接流程：印刷焊锡膏 → 贴装元件 → 回流焊 → 清洗 贴片晶振尺寸 近年来，晶振的封装尺寸朝着小型化发展,例如便携式设备需要对封装有严格的要求。 1612--- 谐振器KX16,温补晶振KT16CS 2016--- 谐振器, 振荡器, 温补晶振都有此尺寸选择 2520--- LVDS和HCSL差分晶振可供选择 3225--- 主流晶振封装 5032--- 主流晶振封装，有防电磁干扰晶振选择 7050--- 应用比较广泛的尺寸，有多种特性晶振选择 直插晶振： 波峰焊 波峰焊 把插件元件放置到电路板上，再融化焊料让焊接面和高温液态锡接触。使用泵机把融化的焊料喷流成焊料波峰将电子元件的引脚通过焊料波峰与电路板连接。 焊接的四个部分：喷雾 → 预热 → 锡炉 → 冷却 焊接流程：插件 → 涂助焊剂 → 预热 → 波峰焊 → 冷却 → 切除多余的引脚 → 检查 直插晶振尺寸 DIP08/14--- KS, KV, KT系列都有此尺寸的选择 49S--- 封装尺寸10.5*3.5*3.8mm 49SMD--- 49S直插改型而来的假贴晶振 49U--- 封装尺寸11.05*4.65.13.46mm 圆柱1x4--- 仅有32.768kHz频率 2x6/3x8--- kHz和MHz频率选择 晶振失效原因 焊接温度过高或者时间过长，晶振内部电性能指标出现异常引起的不起振。KOAN晶振分为手工焊接和机器焊接(波峰焊和回流焊)。手工焊接烙铁头温度控制在350℃/3s或者260℃/5s。如果焊接操作不当会对晶振造成损伤，严重时会造成停振；或造成软伤害，即使可以正常工作，在未来的使用中也会造成停振的现象。 圆柱谐振器如果焊接温度过高或者加热时间过长会引起玻璃珠部分和内部结构损坏。焊接过程一定要规范操作，对焊接的时间和温度要严格的把控。

随着大多数电子设备制造商不断缩小产品尺寸，无源元件制造商也要顺应市场需求不断缩小其晶体封装尺寸。那么，减小晶振的封装尺寸能否带来什么好处？本文深入了解电子工程师在使用较小尺寸的晶振时面临的好处。 一、满足PCB灵活空间 如果工程师希望缩小PCB尺寸或在现有电路板上为额外电路创造更多空间，那么更小的晶体封装元件可以帮助他们实现这一目标。同时，还可以减小产品的尺寸或在产品中包含更多功能。 二、高成本效益 与较大的晶体元件相比，较小的晶体元件可能更昂贵。因为较小的晶体生产起来更复杂，工厂可能不得不购买新的生产设备或使用新技术。在投资回报(ROI)之前，这些晶体将比其他晶体尺寸更昂贵。 此外，2.0x1.6mm等微型封装的晶体价格将略有上涨，因为开发新频率或新稳定性的难度和成本更高。然而，较大的封装元件（例如7.0x5.0mm）可能更昂贵，因为与其他封装尺寸相比，生产量有所下降。这种减少的数量意味着在这些产品的制造中不再能够实现规模经济。 一般来说，随着数量的增加，成本会降低。这是因为原材料（例如水晶坯料）的订单量较大，并且工厂能够在生产机器上使用相同的设置来生产更多晶体。这将节省时间，使生产大量相同晶体变得更容易、更便宜。由于较小的晶体已经很长时间没有出现在市场上，因此许多项目仍处于设计阶段，但是一旦开始大规模生产，这些晶体的价格就会下降。考虑到所有这些，“最佳位置”目前位于2.5x2.0mm和3.2x2.5mm，因为这些晶体尺寸更具成本效益。 三、降低运输和存储成本 一般来说，使用更少的材料对环境更好。对于较小的晶体元件，需要较少的原材料，并且可以减少包装材料。此外，较小的晶体元件更轻，在运输过程中或在仓库中不会占用大量空间，这可以降低运输成本和存储成本。