标签: 石英晶体

大家在购买晶振产品时，有些人会混扰于石英晶体和晶体振荡器这两种产品，其实石英晶体和晶体振荡器虽然外观相同，规格也有很多相似之处，但它们却是截然不同的电子元器件，下面我来给大家介绍一下这两者产品的区别。 从产品内部结构来看： 石英晶体和晶体振荡器虽然外观相同，规格也有很多相似之处，但它们却是截然不同的设备，这一点，我们从上图的产品结构可以看出来。石英晶体的封装是一块石英晶片，经过切割和抛光，可在特定频率下产生高Q值的共振。它不包含驱动石英晶片产生时钟输出的振荡电路。 相比之下，晶体振荡器或XO是一个完整的设备，包含石英晶体、振荡电路、输出驱动器和潜在的锁相环(PLL)。XO以指定的频率和信号格式(如CMOS、LVDS和LVPECL)提供时钟输出。振荡频率可以直接驱动芯片，也可以通过缓冲器提供特定频率的多个副本。 从产品外观看： 基本所有的晶体振荡器产品相同尺寸的产品高度都要比石英晶体的高度要略高一些，主要原因是晶体振荡器内部多了IC芯片，如果是VCXO里面还有变容元件产品，所以高度是高于石英晶体产品。 印字方面： 石英晶体产品没有极性区分，基本不用区分脚位；而晶体振荡器产品是区分极性的，如果是4个脚位，那么1脚有可能是不接或三态脚NC/3-State，2脚是接地GND，3脚是频率输出脚Output，4脚是电源输入脚Vcc；如果是6脚或5脚或更多脚的，则脚位功能就需要参考晶振厂家给出的规格书来定义，一般#1脚正对的上盖会印着一个“.”，代表这个对着下面的是1脚。 什么是石英晶体： 石英晶体谐振器是一种能产生稳定频率的无源元件。 如何激活石英晶体： 为了使石英晶体产生稳定的频率，我们需要合适的振荡电路 晶体振荡器的优点是什么？ 无需振荡电路即可向微控制器单元提供时钟信号 可产生理想的频率精度，不受外部电容器、电路板和振荡电路负载电容等任何其他元件的影响 可在宽温度范围内产生理想的频率精度 可在超低电流消耗下启动 使用晶体振荡器可节省电路板空间 大多数消费类和电池供电应用都使用集成振荡电路的片上系统(SoC)设备和简单、低成本的石英晶体来合成时钟信号。对于高端应用(数据中心、电信、工业自动化等)，通常使用外部晶体振荡器XO为SoC的内部PLL提供参考定时。

Frequency Range 如果是在产品目录中看到这个参数表示该系列晶振产品的频率范围，如49S系列晶振上频率范围为3.5MHz~100MHz,代表49S晶振最小的频率是3.579545MHz,而最高能生产的频率则为100MHz，中间还有很多很多的频率可以做；如果我们是在产品的实际规格书上看到的，则代表是晶体谐振器的中心频率。 Overtone Order(振荡模式) 高频率(MHz范围)AT-切割晶体在厚度-剪切振动中振动，可在基频或奇数泛音模式下振荡。石英晶体的振荡模式将决定其振荡频率。泛音振动有3次泛音，5次泛音，7次泛音，9次泛音等。石英晶振的基频谐振频率有限，如果需要频率更高的石英晶振，必须使用特殊结构的石英晶片，使其在基频基础上出现三次或五次以上谐波，并在石英晶体振荡电路内增加一个选频电路，并使其谐振以晶体的三次或五次谐波而得到高频振荡信号。 Frequency Tolerance at 25℃(频率公差) 公差是在指定温度（通常为25℃）下与标称频率的最大允许偏差。通常以百万分之几（ppm）或额定频率的百分比表示。总频率公差是指由于温度、时间和所有其他环境条件的变化而导致的额定频率的最大允许偏差。 Frequency Stability @ operating temperature range(频率稳定度) 频率稳定度是指在指定温度范围内标称频率的最大允许偏差，单位为百万分之一（ppm）或标称频率的百分比。该参数取决于以下因素：石英切割类型、石英切割角度、振荡模式、晶片切割尺寸、工作温度范围、负载电容、驱动功率等。 Load Capacitance(负载电容) 负载电容以pF为单位。当振荡器电路为晶体提供一定量的负载电容时，晶体会在”并联负载谐振”条件下工作，因此必须指定负载电容的值。负载电容的典型值为18pF、20pF、22pF、30pF 和 32pF。 Operating temperature range(工作温度范围) 工作温度范围是指输出频率稳定性和其他电气、环境特性符合规格的温度范围。 Storage temperature range(存储温度范围) 存储温度范围适用于器件在非振荡状态下可存储或暴露的最低和最高温度。设备在最低或最高温度下暴露或存放一段时间后，在指定的工作温度范围内，所有的工作指标都将得到保证。 Equivalent series resistance(等效串联电阻) ESR 是石英晶体谐振器的电阻元件，以欧姆为单位。一般来说，晶体的电阻值越小，其活性就越高，激活所需的驱动力就越小。但是，如果电阻值低于这些标准规格，则会导致单位成本的增加，因为要达到这些 ESR 值需要额外的工序。 Drive Level(驱动功率) 驱动功率以μW或mW表示，是晶体谐振器设计运行时的消耗的功率水平。最大功率是指晶体谐振器在保证所有电气参数的情况下仍能保持运行的最大消耗功率。 驱动功率过高或过低都会导致晶振有不良的效果，如果过低会导致晶振启动而不能振荡起来；如果驱动功率过高即会导致晶振产品的频率发生改变、晶振寿命缩短、乃至晶振损坏等不良效果。所以一般情况下，保持驱动功率在最低的标准和足够晶振的频率输出即可，当然在应用时，则需要注意与使用IC驱动能力相匹配。 Shunt Capacitance(静态电容(C0) 晶体的并联电容部分取决于晶片的厚度。这是在不振动时测量的电容。并联电容的范围为 1 至 7 pF。出于与振荡器电路的兼容性考虑，通常不会超过 7 pF。 Aging/老化率 石英晶体的老化是对较长时间内频率稳定性的测量，通常以每天或每年的百万分之一（ppm）来表示。它适用于导致晶体单元老化并导致晶体单元工作频率发生永久性变化的累积过程。这种的频率变化的因素有很多，如封装方式、制造过程、晶片类型、工作温度、频率等这些因素都有可能用影响到。

Abracon的ABS07AIG是公司标准石英晶体产品的延伸，经AEC-Q200认证，并通过TSI6949生产线认证。该设备具有-40°C至+125°C的宽工作温度选项，是极端环境下商业或工业应用的理想解决方案。ABS07AIG具有超轻薄的外形，可用于空间受限的设计，如可穿戴设备或车辆信息娱乐系统。 ABS07AIG石英晶体采用无缝密封陶瓷封装，在导航、智能手机和无线通信等应用中提供长期可靠性。ABS07AIG系列针对低功耗进行了优化，以保持电池寿命，使其成为广泛应用的理想选择。

在频率元器件中，32.768kHz最引人注目、产品线最丰富的一个频点，凡是搭载时间功能的电子设备都会用到32.768kHz晶振，而32.768kHz实时时钟模块（RTC模块）作为时间基准大量应用于日常生活中。 32.768kHz谐振器 32.768kHz石英谐振器（quartz crystal）是最常用的基础频率元件（Tuning Fork Quartz Crystal），日常生活中的手表、手机、电脑、户外LED显示屏、广告牌上显示的钟就是由它演变过来的。32768Hz是一个非常重要的标准频率，因为32768等于2的15次方，32768Hz经过15次分频即可得到1秒钟的时间信号。 图1. 32.768kHz谐振器用作MCU的LSE时钟源 32.768kHz谐振器主要用于实时时钟应用，也是MCU低速外部时钟（LSE）的信号源。MCU时钟源常用的32.768kHz石英晶体典型参数如下： - 频率：32.7680kHz - 频率偏差：±20.00ppm（@25°C ±5°C） - 老化：±5ppm max（@25°C±3°C /年） - 拐点温度：25°C ±5°C - 频率稳定性：（0.036ppm±10%)/°C2 - 负载电容（CL）：6.0pF to 12.5pF - 寄生电容（C0）：1.4pF typ - 驱动电平：0.1μW typ, 0.3μW max - 工作温度：-40 to 85°C 需要注意的是，采用外部晶体作为时钟源时，如果MCU相邻脚的输入输出为高频脉冲，就会干扰32.768kHz信号，引起抖动，从而影响时序并造成计时偏差。因此，外部晶振的邻脚不要用做高频信号的输入输出口。 32.768kHz振荡器 32.768kHz晶体振荡器（crystal oscillators）属于精密频率器件，由32.768kHz晶体与CMOS振荡电路一体化组装而成。因此，使用时不用外接任何额外元件，典型应用包括数字系统的通用时钟发生器、RTC的时钟驱动器、网络服务器和电脑的时钟保持、移动电话、现场通信设备、水电气三表应用等。 图2. 32.768kHz晶体振荡器及内部结构 常用的32.768kHz振荡器典型性能及要求如下： - 超低功耗：一般不超过300nA - 宽泛的输入电压：1.2V to 5.5V - 工作温度：-10°C to +85°C - 频差幅度窄：±20ppm - 出色振荡稳定性：0.2ppm/V - 良好的输出同步性能 - 较低的老化衰变 - 能承受移动的冲击和震动 RTC模块 RTC模块是将32.768kHz晶体振荡器和实时时钟芯片合为一体的产品，具备振荡电路、时钟功能、日历功能和报警功能等。为了获得更精确的时间，模块应采用高精度的频率振子（石英晶片）和控制元器件的芯片，并注意晶体振荡器和RTC芯片之间的最佳匹配。 图3. RTC模块组成 RTC模块面向特定应用，要求具有高精度、高稳定、低耗电，支持I2C总线，提供日历信息及闹钟、定时器等功能。由于普通音叉晶体（Tuning Fork Quartz Crystal）的温度特性不佳，一些面向金融、电力、通信等应用的RTC模块使用TCXO来提高频率精度。如爱普生RX-4803LC特征参数如下： ·内建32.768kHz温度补偿振荡器（数字式TCXO）波源 ·频率精度：（-40至+85℃时±3.4×10-6，-40 至+85℃时±5×10-6） ·1/100 秒定时器控制寄存器 ·接口电压范围：1.6V-5.5V ·温度补偿工作电压范围：2.2V-5.5V ·计时（保持）电压范围：1.6V-5.5V ·可选择频率的时钟输出（32.768kHz、1024Hz、1Hz） ·时钟、日历功能、报警功能、定时功能、内建EVIN 输入功能 ·可通过连接端子而作为振荡器（32.768kHz 数字式TCXO）使用 RTC模块为构建高精度同步时间处理系统提供了一个高性能的简单方案，主要应用包括各类钟表、金融系统、电力计量表、安全系统、公路收费系统等。由于不需要调节频率，提高了用户的设计效率、产品质量及上市时间。

SiO2，这是石英晶振的基材的主要成分，由两种化学元素组成：硅和氧。在自然界中发现SiO2 的结晶形式，其实天然石英晶体，大家或许更习惯称之为水晶。 那么，问题来了：天然水晶是用来生产石英晶振的吗？让我们仔细看看石英生产的第一步！ 为何用人造晶体生产？ 水晶是石英晶体的基础。然而，为了组件的经济生产，需要高纯度的水晶。自然界中的天然晶体纯度差，资源有限。 为了满足对石英材料的质量要求， 需要在高压釜中人工生产石英晶体 。高压釜根据水热合成原理工作，将破碎的晶体碎片溶解在碱性溶剂中， 晶体以受控方式生长，加热到350°C到400°C的温度。 石英晶体是如何生长？ 高压釜的下部，即压力容器，装有水、矿化剂添加剂和 SiO2。将晶种放置在上部。在高压釜中，温度升高。它从底部加热，使得上下之间存在温差，溶解在下部区域的部分沉淀在晶种上。 石英生长速度由温度和压力决定，根据数值的不同，石英每天可以生长0.2到1毫米，生长越慢，质量就越高 。 大约40到80天后，会产生α晶体，可重达几公斤。 在下一步中，根据不同的切割角度，从石英晶体上切下单个晶片，从而得到石英晶振的原材料。