石英晶体谐振器应用
超微型石英晶体谐振器的作用
超微型石英晶体谐振器的作用超微型石英晶体谐振器（Microelectromechanical Systems, MEMS Quartz Crystal Resonator）是一种微型化的石英晶体振荡器，常用于微电子学和无线通信领域。
它在电子设备中具有重要作用，主要用于提供精确的时钟信号、频率稳定性以及过滤器功能。
以下是超微型石英晶体谐振器的作用的详细说明：1.提供精确的时钟信号：超微型石英晶体谐振器的最主要作用之一是提供非常精确的时钟信号。
由于石英晶体的特殊物理性质，它可以产生高度稳定的振荡频率，使其在计时和同步应用中非常有用。
这种精确的时钟信号对于许多电子设备的正常操作至关重要，例如计算机、通信设备、导航系统等。
2.频率稳定性：超微型石英晶体谐振器具有极高的频率稳定性，即在长时间和温度变化等条件下，其振荡频率变化非常小。
这使得它在需要高度稳定的频率源的应用中非常有用，例如在无线通信系统、精密仪器和科学实验中。
3.过滤器功能：超微型石英晶体谐振器还可用作频率选择性的过滤器。
通过控制石英晶体的振荡频率，可以选择特定的频率范围，将所需频率的信号通过，而对其他频率进行衰减。
这种过滤器功能对于在通信系统中过滤杂散信号或在射频前端中选择特定频率的信号非常重要。
4.微型化和集成：超微型石英晶体谐振器可以通过MEMS技术实现微型化和集成。
这使得它们可以轻松地集成到复杂的电子系统中，并在小型、轻量化设备中发挥作用。
微型化还有助于降低功耗，并使其适用于便携式电子设备和无线传感器网络等应用。
5.广泛应用：由于其精确性和稳定性，超微型石英晶体谐振器广泛应用于各种领域，包括通信、计算机、消费电子、医疗设备等。
在这些应用中，它们确保设备的精准操作、高性能和可靠性。
总的来说，超微型石英晶体谐振器的作用主要体现在提供精确的时钟信号、频率稳定性和过滤器功能，使其在现代电子设备中成为不可或缺的元件之一。
石英晶体谐振器利用石英晶体的逆压电效应制造
石英晶体谐振器利用石英晶体的逆压电效应制造，是一种选频和稳频电子元器件，广泛卫星通信、导弹测控、雷达、无线通信、载波通信、遥控、遥测、导航、数传、电子对抗、气象、工业自动化控制及移动电话、卫星电视、笔记本电脑设备中，还可作为对温度、压力和重量等的敏感元件。
由于石英晶体的物理和化学等性能极为稳定，因此石英晶体谐振器具有高稳定度的特点。
一、石英晶体谐振器根据外形分为：电阻焊封—HC-49U（SXR-A,B）系列、Um（SXR-C）系列、TO系列等；频率范围：1.8432MHz~250MHz，年老化：±5ppm表面贴装—SXM型系列；频率范围：10MHz~300MHz，年老化：±3ppm二、振动模式与切型石英晶体谐振器的振动模式主要有弯曲振动（XY、NT切）、伸缩振动（＋5°X切）、面剪切振动模式（DT、CT、SL切），以及厚度剪切振动模式（AT切），通常采用的切型是厚度剪切振动模式AT切。
三、频率温度特性决定石英晶体谐振器频率温度特性的主要因素是石英片的切割方位，即切型。
如下图所示AT切厚度剪切振动谐振器频率温度特性与参考切角的关系。
AT切厚度剪切振动频率温度特性曲线为拐点温度在＋25℃～＋35℃之间的三次曲线。
通过适当地选择切角，调整三次曲线的两个翻转点，在特定的温度范围内，得到最小的温度频差。
石英晶体谐振器频率—温度特性曲线四、泛音次数AT切石英晶体常用的振动模式有基频、3次泛音、5次泛音、7次泛音、9次泛音等。
除此以外，还有在晶体振荡器和晶体滤波器中都不希望的寄生模和杂散存在。
晶体谐振器幅频特性曲线泛音频率与电气谐波的重要区别是：电气谐波与基波是整数倍关系，且谐波与基波同时存在；而泛音频率与基频频率没有整数倍关系，只存在奇数倍关系。
晶体谐振器幅频特性曲线五、石英晶体谐振器的老化特性老化是石英晶体谐振器的时间效应。
引起谐振器频率的老化的主要原因可分为质量效应和应力效应两种。
中国石英晶体谐振器行业市场现状、下游应用及发展展望分析
中国石英晶体谐振器行业市场现状、下游应用及发展展望分析石英晶振，是石英晶体谐振器的简称，是石英晶体元器件的核心产品，是利用电信号频率等于石英晶片固有机械谐振频率时晶片因压电效应产生谐振现象的原理制成的谐振器件。
晶振是用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡器，是核心的时间元件和频率元件。
一、市场现状石英晶体元器件的主要功能性材料是二氧化硅（SiO2）结晶体，其形态规则、晶莹、透明，因此也被称为“水晶”。
水晶具有稳定的物理化学特性，它不仅是较好的光学材料，而且是较好的压电材料。
水晶材料在外部压力的作用下产生形变，同时产生电极化，极化强度与压力成正比，这种特性被称为“正压电效应”。
反之，当将电场作用于水晶材料时会产生形变，形变大小随电场强度成正比，此特性被称之为“逆压电效应”，此效应的存在使得水晶材料在电场作用下产生应力而形变，从而产生机械振动，获得特定的频率。
石英晶体谐振器下游应用领域为电子类产品，其市场的增长很大程度上依附于电子类产品的增长。
近年来智能手表的兴起，以及TWS无线耳机的普及，基于对未来新兴电子产品的乐观预期，对石英晶振的需求会大幅增加。
《2020-2026年中国石英晶体谐振器行业市场发展潜力及投资策略研究报告》数据显示：随着我国电子信息产业的高速发展，信息产业整体技术的稳步提升，相关产业集群效应优势明显，电子信息产业制造中心地位进一步增强。
石英晶体谐振器行业作为电子信息产业的基础一直以来就是我国重点扶植和发展的基础产业之一。
自上世纪九十年代初期以个人电脑（PC）为代表的资讯设备逐步普及并形成规模量产以来，我国石英晶体谐振器行业成长迅速，各类产品市场规模逐年递增。
，全球石英元件（谐振器、振荡器等）市场规模约30亿美元左右，整体市场规模相对稳定。
随着手机、汽车、无线通讯等产业结构升级，对晶振的需求也在增加，预计2019-2025年全球晶振市场需求稳定上升，在2025年突破3000亿元，未来五年市场规模复合增长率约11.35%。
智能表用石英晶体谐振器特性及应用
10、 牵引量Ts：
频率随电容的变化量，单位为ppm/pF 应用于调频无线电设备，微波通信，锁相技术中 的石英晶体振荡器,对石英晶体元器件动态参数如 C1，L1，TS,的要求。
11、品质因素 Q值
Q值是反映谐振器工作时克服摩擦阻尼而消耗能量 的大小。 Q=2π fL1/R
• 11 、年老化率： • 晶体在放置一年后频率的变化量。通常采用 加速老化的方法（85 ℃±2 ℃老化30天，一周测 量一次，晶体频率变化量）测试。
电路故障现象
故障机理分析 晶体的负载电容与电路 不匹配 晶体的频差大
对应措施 调整电路外加电容或确定合 适晶体负载电容 调整晶体常温频差及温度频 差
电路频偏
提高电路负阻抗余量，降低 电路的负阻抗余量不够， 或去掉限流电阻，减小外加 电路输出幅度小或停 小于3-5倍 电容或降低输入电容，提高 振 输出电容 晶体的电阻偏大 起振时间长 波形出现削顶削底 增益余量不够 振荡电路过激 降低晶体电阻 提高增益余量，降低外加电 容，降低晶体电阻 增加限流电阻
8、 负载电容：
从石英谐振器插脚两端向振荡 电路方向看进去的全部有效电容 为该振荡器加给石英谐振器的负 载电容。 负载电容与石英谐振器一起 决定振荡器的工作频率，通过调 整负载电容，一般可以将振荡器 的工作频率调到标称值。负载电 容和谐振频率之间的关系不是线 性的，负载电容变小时，频率偏 差量变大；负载电容提高时，频 率偏差减小。
石英晶体谐振器特性及应用
• • • • • • 一. 石英谐振器基础知识 二. 石英谐振器的指标及性能 三. 典型的石英晶体应用电路 四. 电路失效原因及常见故障现象 五.石英晶体选用的注意事项 六.使用过程中的注意事项
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
石英谐振器的原理与应用
目录一、石英谐振器概述二、石英谐振器的工作原理2、1石英晶体材料2、2 石英晶体的压电效应2、3 石英晶体的切型2、4 石英片的基本振动模式（常见）2、5 各种切型的频率温度特性2、6 石英谐振器的组成和特性2、7 石英谐振器的稳频条件及应用须知2、8 石英谐振器的常用电参数的符号和意义2．9 石英谐振器的常用测量方法2．10 石英晶片的制造流程2．11 石英晶体谐振器的制造流程三、选择石英谐振器应考虑的问题3、1 频率的选择3、2 使用环境条件的考虑3、3 根据用途合理选用石英谐振器3、4 正确选择负载电容3、5 激励电平的选择和控制3、6 使用石英谐振器应注意的事项四、石英振荡电路的应用4、1 石英振荡电路的组成4、2 振荡电路的Cg/Cd的选择要点和相关外围元件的注意事项4、3 根据选定的Cg/Cd 值计算XTAL的负载电容CL值。
4、4 Rf 值选取4、5 Rd的选取4、6 其它注意事项五、石英产品的性赖性试验六、失效原因分析七、今后发展方向一、概述:压电效应是一八八零年由法国物理学家居里兄弟（皮埃尔居里和杰克居里）发现的。
早期一战利用石英的压力效应制成强力超声波辐射器。
二战时期利用石英晶体具有稳定的物理和化学性能，制成的元器件在稳频方面比其它元件显出突出的优越性，而广泛使用于通讯领域。
石英谐振器的稳频特性也不断提高，二战时可在10-6/周，19世纪50年代初10-8/周，19世纪50年代末已可达10-9/周～10-10/周。
随着通信发展和制造技术的发展，石英谐振器的频率范围也逐渐向上发展从100KHZ ～10MHZ ，以后发展到数百MHz ，3RD 发展到1G 以上，5th 发展到2GHz 以上。
石英谐振器的使用范围也从军事领域发展民用各使用频标或时标领域如：电子表，电子玩具，彩电，收发讯机，家用电器，PC 机等各领域。
石英谐振器的产品体积也不断地缩小，从传统的大尺寸发展到J1，49U ，49S ；直到近年来发展SMD 表面贴装，尺寸进一步缩小，从7050，6035，5032，发展到4025，3225，2520，2016，已能够适应安装于更小型、微型的产品中去。
石英晶体谐振器的功能有哪些
石英晶体谐振器的功能有哪些石英晶体谐振器的功能有哪些1、石英晶体谐振器成品上标有一个标称频率，当电路工作在这个标称频率时，频率稳定度最高。
这个标称频率通常是在成品出厂前，在石英晶体上并接一定的负载电容条件下测定的。
在实际组成石英晶体振荡器时必须在石英晶体两端并接负载电容，且负载电容必须符合石英晶体技术条件中所规定的数值，这个电容大都采用微调电容，以便调整。
规定的负载电容值载于厂家的产品说明书中，通常为30pF(高频晶体)，或为100pF(低频晶体)，还有32.768KHz普通晶体对应的12.5PF （最普通常见的一种负载电容）或标示为田(这是指无需外接负载电容，通常用在串联晶体振荡器中)。
2、石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。
石英晶体谐振器在振荡器中被激励时，要通过激励电流，要消耗一定的激励功率。
在实际应用时，应使输入石英晶体的激励功率不超过额定值。
过高的激励功率会使石英谐振器内部温度升高，使石英晶片的老化效应和频率漂移增大；极强的激励功率会使石英晶片的机械振动过于剧烈而损坏。
3、在并联石英晶体振荡器中，石英晶体只能工作在感性区，而不能工作在容性区。
因为若把晶体当作容性元件使用，一旦压电效应失效，它仍呈容性，此时振荡器仍可能维持振荡，但石英晶体已失去稳频作用。
4、由于石英谐振器在一定的温度范围内才具有很高的频率稳定度，当对频率稳定度要求很高时，可以考虑采用恒温设备或温度补偿措施。
5、晶振在振荡电路中起振时等效为感性，负载电容与晶振的等效电感形成谐振，决定振荡器的振荡频率。
负载电容值不同，振荡器的振荡频率也不一样，改变负载电容的大小，就可以改变振荡频率。
因此，通过适度调整负载电容，一般可以将振荡器的振荡频率精确地调整到标准值。
在晶振资料主要参数中提供的负载电容是一个测试条件，也是一个不容忽视的使用条件，忽略这个负载电容参数，会使振荡频率偏离标准值，偏离过大时会使振荡器起振困难造成停振。
6、晶振的负载电容有高、低两类之别。
石英晶体的应用(DOC)
石英晶体的应用一.石英晶体元器件的分类和相关术语石英晶体元器件一般分为三大类，即石英晶体谐振器，石英晶体振荡器和石英晶体滤波器。
1．1 石英晶体谐振器相关的术语标称频率晶体元件规范指定的频率串联谐振频率(Fs) 等效电路中串联电路的谐振频率并联谐振频率(Fp) 等效电路中并联电路的谐振频率负载频率(FL) 晶体带负载时的频率负载电容(CL) 与谐振器联合决定工作频率的有效外界电容静电容(C0) 等效电路中与串联臂并联的电容动电容(C1) 等效电路中串联臂中的电容动态电感(L1) 等效电路中串联臂中的电感动态电阻(R1) 等效电路中串联臂中的电阻频率精度工作频率与标称频率的偏差等效电阻(ESR) 谐振器与规定的负载电容串联的总阻抗频率温度特性频率随温度变化的特性室温频率偏差谐振器在室温下频率的偏差频率/负载牵引系数(Ts) 负载电容对频率影响的能力老化率晶体频率随时间的漂移Q值晶体的品质因数激励功率（电平）谐振器工作时消耗的功率激励功率依赖性(DLD) 谐振器在不同激励功率下参数的特性温度频率偏差频率随温度变化与标称频率的偏差工作温度范围谐振器规定的工作温度范围泛音晶体的机械谐波寄生响应晶体除主响应(主频率)外的其他频率的响应1．2 石英晶体振荡器石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。
石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器（石英晶体振子）和振荡电路组成。
晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。
相关术语标称频率晶体元件规范指定的频率频率温度特性振荡频率随温度变化而改变的特性长期频率稳定度振荡器长时间工作频率的稳定性短期频率稳定度振荡器短时间工作频率的稳定性温度频率偏差振荡频率随温度的偏差室温频率偏差在室温时振荡频率的偏差起振时间振荡输出达到规定值的时间上升时间(方波输出）方波输出时波形从10%到90%所需的时间下降时间(方波输出）方波输出时波形从90%到10%所需的时间占空比(方波输出) 方波输出时正脉冲宽度占周期的百分比频率精度振荡频率相对标称频率的精确程度消耗电流振荡器工作时消耗的电流相位噪声信号中相位的随机变化量最大电压（方波输出）振荡器输出电压最大值最小电压（方波输出）振荡器输出电压最小值基准温度初始精度振荡器在规定基准温度下的振荡频率的精度频率—电压允差根据输入电压的最大，最小和标称值来确定频率—负载允差根据负载的最大，最小和标称负载来确定谐波与副谐波失真谐波和副谐波响应的程度杂波响应规定带宽内与杂波输出有关的非谐波响应耐过压能力振荡器经受120％规定电源电压的最大的过压能力峰-峰值（Vpp）输出电压最大与最小的差值负性阻抗晶体串联电阻,使振荡器从振到不振时的阻值当前石英晶体振荡器的发展，不仅表现在系列品种的增加和市场需求量的增长方面，而且体现在产品技术创新上。
石英晶体振荡器的发展及其在无线系统中的应用
石英晶体振荡器的发展及其在无线系统中的应用山东省临沂市电子工业局毛兴武山东省临沂瑞地丝绸公司李德勇山东省临沂办公自动化公司高希常摘要：石英晶体振荡器在无线系统等应用领域中提供频率基准，是目前其它类型的振荡器尚不能替代的。
本文介绍了TCXO、VCXO和OCXO等几类晶体振荡器的结构、特点、发展现状及其在移动通信等领域的应用。
关键词：石英晶体振荡器一、引言尽管石英晶体振荡器的应用已有几十年的历史，但因其具有频率稳定度高这一特点，故在电子技术领域中一直占有重要的地位。
尤其是信息技术（IT）产业的高速发展，更使这种晶体振荡器焕发出勃勃生机。
石英晶体振荡器在远程通信、卫星通信、移动电话系统、全球定位系统（GPS）、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器及消费类民用电子产品中，作为标准频率源或脉冲信号源，提供频率基准，是目前其它类型的振荡器所不能替代的。
小型化、片式化、低噪声化、频率高精度化与高稳定度及高频化，是移动电话和天线寻呼机为代表的便携式产品对石英晶体振荡器提出的要求。
事实上石英晶体振荡器在发展过程中，也面临像频率发生器这类电路的潜在威胁和挑战。
此类振荡器只有在技术上不断创新，才能延长其寿命周期，在竞争中占有优势。
二、石英晶体振荡器基本结构及工作原理石英晶体振荡器分非温度补偿式晶体振荡器、温度补偿晶体振荡器（TCXO）、电压控制晶体振荡器（VCXO）、恒温控制式晶体振荡器（OCXO）和数字化/μp补偿式晶体振荡器（DCXO/MCXO）等几种类型。
其中，无温度补偿式晶体振荡器是最简单的一种，在日本工业标准(JIS)中，称其为标准封装晶体振荡器（SPXO）。
现以SPXO为例，简要介绍一下石英晶体振荡器的结构与工作原理。
石英晶体，有天然的也有人造的，是一种重要的压电晶体材料。
石英晶体本身并非振荡器，它只有借助于有源激励和无源电抗网络方可产生振荡。
SPXO主要是由品质因数（Q）很高的晶体谐振器（即晶体振子）与反馈式振荡电路组成的。
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石英晶体谐振器应用
石英晶体谐振器的应用利用电信号频率等于石英晶片（或棒）固有频率时晶片因压电效应而产生谐振现象的原理制成的器件。
它由石英晶片（或棒）、电极、支架和外壳等构成，在稳频、选频和精密计时等方面有突出的优点，是晶体振荡器和窄带滤波器等的关键元件。
石英晶体谐振器根据其外型结构不同可分为49U、49U/S、49U/S、1、5及柱状晶体等。
49U适用于具有宽阔空间的电子产品如通信设备、电视机、电话机、电子玩具中。
49U/S适用于空间高度受到限制的各类薄型、小型电子设备及产品中。
49U/S·SMD为准表面贴装型产品，适用于各类超薄型、小型电脑及电子设备中。
柱状石英晶体谐振器适用于空间狭小的稳频计时电子产品如计时器、电子钟、计算器等。
UM系列产品主要应用于移动通讯产品中，如BP机、移动手机等。
石英晶体谐振器应用于频率控制和频率选择电路。
本指南有助于确保不出现性能不满意、成本不合适及可用性不良等现象。
1、振动模式与频率关系：
基频1～35MHz
3次泛音10～75MHz
5次泛音50～150MHz
7次泛音100～200MHz
9次泛音150～250MHz
2、晶体电阻：对于同一频率，当工作在高次泛音振动时其电阻值将比工作在低次振动时大。
"信号源+电平表"功能由网络分析仪完成
Ri、R0：仪器内阻：一般为50Ω
R1--滤波器输入端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。
R2--滤波器输出端外接阻抗，阻抗值为匹配阻抗减去50Ω。
在滤波器条件的匹配阻抗中有时有并接电容要求，应按上图连接。
3、工作温度范围与温度频差：在提出温度频差时，应考虑设备工作引起的温升容限。
当对温度频差要求很高，同时空间和功率都允许的情况下，应考虑恒温工作，恒温晶体振荡器就是为此而设计的。
4、负载电容与频率牵引：在许多应用中，都有用一负载电抗元件来牵引晶体频率的要求，这在锁相环回路及调频应用中非常必要，大多数情况下，这个负
载电抗呈容性，当该电容值为CL时，则相对负载谐振频率偏移量为：DL=C1/[2（C0+CL）]。
而以CL作为可调元件由DL1调至DL2时，相对频率牵引为：DL1，L2= C1（CL1－CL2）/[2（C0+CL1）（C0+CL2）]。
5、负载电容的选择：晶体工作在基频时，其负载电容的标准值为20PF、30PF、50PF、100PF。
而泛音晶体经常工作在串联谐振，在使用负载电容的地方，其负载电容值应从下列标准值中选择：8PF、12PF、15PF、20PF、30PF。
6、激励电平的影响：一般来讲，AT切晶体激励电平的增大，其频率变化是正的。
激励电平过高会引起非线性效应，导致可能出现寄生振荡；严重热频漂；过应力频漂及电阻突变。
当激励电平过低时则会造成起振阻力不易克服、工作不良及指标的不稳定。
滤波电路中的应用：应用于滤波电路中时，除通常的规定外，更应注意其等效电路元件的数值和误差以及寄生响应的位置和幅度，由于滤波晶体设计的特殊性，所以用户选购时应特别说明。
石英串联谐振器是利用石英晶体（二氧化矽的结晶体）的压电效应制成的一种串联谐振器件，它的基本构成大致是：从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片，它可以是正方形、矩形或圆形等），在它的两个对应面上涂敷银层作为电极。