晶振知识大全
晶振的串联使用
晶振的串联使用
晶振（Crystal Oscillator）是一种利用压电晶体（通常是石英晶体）的压电效应产生稳定频率的振荡器。
在电子设备中，晶振被广泛应用于产生精确的时钟信号。
晶振可分为串联谐振和并联谐振两种模式，其中串联谐振模式下，晶体在谐振频率时呈现最小阻抗。
通常情况下，晶振都是单独使用的，但在某些特定应用场景下，也可以将多个晶振串联使用。
串联使用多个晶振的目的通常是为了实现特定的频率组合或者改善频率稳定性。
以下是关于晶振串联使用的一些注意事项：
1.阻抗匹配：串联使用的晶振之间需要进行阻抗匹
配，以确保整个系统能够稳定工作。
否则，可能会导致频率偏移或者振荡器无法正常工作。
2.相互影响：串联使用的晶振之间可能会产生相互
影响，从而影响整个系统的频率稳定性。
为了避免这种问题，可以在晶振之间增加隔离电路，如电感、电容等元件，以减小晶振之间的耦合。
3.总体稳定性：串联使用的晶振可能会导致整个系
统的频率稳定性降低。
因此，在设计串联晶振系统时，需要充分考虑整个系统的稳定性，并进行相应的调整和优化。
4.空间和成本：串联使用多个晶振可能会增加电路
板的空间占用和整个系统的成本。
在实际应用中，需要权衡这些因素，确定是否需要使用串联晶振方案。
总之，在某些特定场景下，串联使用多个晶振可以实现特定的频率组合或者改善频率稳定性。
然而，在设计串联晶振系统时，需要充分考虑阻抗匹配、相互影响、系统稳定性、空间和成本等因素。
晶振的基本原理及特性
晶振的基本原理及特性晶振的基本原理及特性晶振一般采用如图1a的电容三端式(考毕兹) 交流等效振荡电路；实际的晶振交流等效电路如图1b，其中Cv是用来调节振荡频率，一般用变容二极管加上不同的反偏电压来实现，这也是压控作用的机理；把晶体的等效电路代替晶体后如图1c。
其中Co，C1，L1，RR是晶体的等效电路。
分析整个振荡槽路可知，利用Cv来改变频率是有限的：决定振荡频率的整个槽路电容C=Cbe,Cce,Cv三个电容串联后和Co并联再和C1串联。
可以看出：C1越小，Co越大，Cv变化时对整个槽路电容的作用就越小。
因而能“压控”的频率范围也越小。
实际上，由于C1很小(1E-15量级)，Co不能忽略(1E-12量级，几PF)。
所以，Cv变大时，降低槽路频率的作用越来越小，Cv变小时，升高槽路频率的作用却越来越大。
这一方面引起压控特性的非线性，压控范围越大，非线性就越厉害；另一方面，分给振荡的反馈电压(Cbe上的电压)却越来越小，最后导致停振。
采用泛音次数越高的晶振，其等效电容C1就越小；因此频率的变化范围也就越小。
晶振的指标总频差：在规定的时间内，由于规定的工作和非工作参数全部组合而引起的晶体振荡器频率与给定标称频率的最大偏差。
说明：总频差包括频率温度稳定度、频率老化率造成的偏差、频率电压特性和频率负载特性等共同造成的最大频差。
一般只在对短期频率稳定度关心，而对其他频率稳定度指标不严格要求的场合采用。
例如：精密制导雷达。
频率稳定度：任何晶振，频率不稳定是绝对的，程度不同而已。
一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如图2。
图中表现出频率不稳定的三种因素：老化、飘移和短稳。
图2 晶振输出频率随时间变化的示意图曲线1是用0.1秒测量一次的情况，表现了晶振的短稳；曲线3是用100秒测量一次的情况，表现了晶振的漂移；曲线4 是用1天一次测量的情况。
表现了晶振的老化。
频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。
晶振工作原理
晶振工作原理
晶振工作原理是指利用晶体产生机械振动并将其转化为电信号的过程。
晶振器由一个压电晶体和两个电极组成。
当对晶体施加外加电场时，晶体会发生机械振动，这是由于电场使晶体内部正负离子分离而产生的电荷的作用。
晶体的尺寸和形状会影响其机械振动的频率。
在晶体振动过程中，晶体会产生电压，这是由于晶体的压电效应。
压电效应是指在某些晶体中，当施加机械应力时，晶体会在两端产生电荷差。
这个电荷差可以被测量并转化为电信号。
晶振器的电路中会加入一个反馈电路，用于维持晶体振动的稳定性。
当晶体振动频率趋向于不稳定时，反馈电路会通过相应的电路调整晶体周围的电场，使振动频率恢复到设定的数值。
晶振器可以根据需求选择不同频率的晶体来实现不同的工作频率。
晶振器广泛应用于各种电子设备中，例如计算机、通信设备、数字电视等，用于提供稳定的时钟信号或频率参考。
晶振主要规格参数
晶振主要规格参数
晶振作为一种能够提供稳定高精度信号的元器件，广泛应用于电子产品中。
不同规格的晶振具有不同的频率和精度，其主要规格参数如下：
1. 频率：指晶振振荡的频率，通常使用单位为MHz。
不同频率的晶振可以满足不同的应用需求，例如8MHz晶振可以用于微控制器的时钟源，而3
2.768kHz晶振则常用于实时时钟电路。
2. 精度：指晶振的频率精度，通常用ppm（百万分之一）表示。
精度越高的晶振，提供的信号越接近理论值且越稳定，一般应用于高精度要求的场景。
3. 工作电压（Vcc）：指晶振正常工作所需的电压范围。
晶振的工作电压一般为3.3V或5V。
在应用中要注意，如果工作电压过高或过低，都会影响晶振的稳定性。
4. 静态电容（C1、C2）：晶振的主要参数之一，通常在晶振的产品手册中标明。
它对于晶振的频率稳定性有着至关重要的作用。
C1和C2的大小应根据晶振的特性和工作电压来选择。
5. 工作温度范围（TC）：指晶振正常工作的温度范围。
一般来说，晶振的TC为-20℃至70℃或-40℃至85℃，但也有更广泛或更窄的工作温度范围。
总之，晶振的规格参数对于不同的应用场景有不同的要求，如精度、工作电压、静态电容和工作温度范围等等。
在选择晶振时，应该根据实际应用需求，综合评估以上规格参数来进行选择。
石英晶体产品基础知识(培训)
什么是晶振的过分驱动
晶振过分驱动的后果是将逐渐损耗减少晶振的接触电镀，这将引起频率的上 升，并导致晶振的早期失效。
如何判断晶振是否被过分驱动？
可用一台示波器检测OSC输出脚，如果检测到非常清晰的正弦波，且正弦波 的上限值和下限值都符合时钟输入需要，则晶振未被过分驱动；相反，如果 正弦波形的波峰，波谷两端被削平，而使波形成为方形，则晶振被过分驱动。 这时就需要用电阻RS来防止晶振被过分驱动。判断电阻RS值大小的最简单 的方法就是串联一个5k或10k的微调电阻，从0开始慢慢调高，一直到正弦波 不再被削平为止。通过此办法就可以找到最接近的电阻RS值。
4、电源和负载 晶体振荡器的频率稳定性亦受到振荡器电源电压变动以及振荡器负载 变动的影响。一般考虑为+/-5%或+/-10%。
5、输出波形 晶体振荡器有CMOS、TTL、CMOS/TTL兼容、PECL和正弦波输出。
6 、起动时间 晶体振器从起动到稳定输出的时间，用ms表示。
7 、上升时间 /下降时间 波形前沿/后沿在两规定电平之间变化的时间间隔，两个电平
石英晶体振荡器电路结构
六、产品主要参数
石英晶体谐振器的主要参数
• 1、标称频率 该频率特指晶体技术条件中规定的频率，表示为MHz或KHz。
• 2、调整频差 标称频率在一定温度（一般是25℃）下的允许偏差，表示为百分数（%）或百 万分之几（ppm）。
• 3、负载电容（CL） 与晶体一起决定负载谐振频率的有效外界电容。任何外部电容一旦与石英晶 体串联，即会成为其谐振频率的一个决定因素。负载电容变化时，频率也会 随之改变。因此，在电路中使用时，经常会以标准负载电容来微调频率至期 望值。
1. 1880年法国P，居里兄弟发现石英晶体的压电效应。
导电胶基础知识以及在晶振上的应用
适用产品图片
2018年合肥晶体行业会
三、导电胶在晶振行业的应用知识
保存性好，常温使用时间长 对镀金材质以及镀银材质粘接性良好，导电性好
晶 振 对 导 电 胶 的 要 求
2018年合肥晶体行业会
SMD
很好的柔韧性，抗跌落和抗震性强
耐冷热冲击性好，耐回流焊能力强 点胶针头更细，导电胶颗粒更细，粘接强度更高 不仅能适合针筒点胶，也要适合喷胶
硅树脂选择以及与银粉匹配
硅树脂 的选择
有机硅固化体系，既要软，抗震抗跌落要好，又要粘接力 强，尤其对镀金和镀银面的粘接力。
硅树脂 的后处理 银粉与树脂 的匹配
2018年合肥晶体行业会
硅树脂的接枝，引入粘接力强的官能团：比如环氧、丙烯 酸等 相容性好，不易分层；片状银粉和其他形态银粉的最佳配 比；银粉与树脂的体积比达到最佳。
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三、导电胶在晶振行业的应用知识
导电胶使用注意点
固化条件: 导电胶固 化的步骤：
不同类型的导电胶固化条件不同。鼓风必须开启！ 1、溶剂挥发 2、树脂固化达到电阻和粘接力要求
3、挥发物的彻底挥发
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四、有机硅导电胶的技术核心
SMD有机硅导电胶制造难度
① ② ③
导电胶粘剂和被 粘接体之间存在 接触电阻。
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二、导电胶的基础知识
导 电 胶 的 应 用
替代焊锡：弥补焊锡温度太高、柔韧性差的缺陷 微电子的连接: 发光二极管（LED)、半导体封装（IC)、晶体谐振器 等 ，用于产品的封装或者元件的连接 屏蔽的连接或者导电密封
2018年合肥晶体行业会
导电胶基础知识 以及在晶振行业的应用
上海腾烁电子材料有限公司 报告人：张建平 2018年10月合肥晶体行业会
晶振工作原理及参数详解
晶振电路周期性输出信号的标称频率（Normal Frequency），就是晶体元件规格书中所指定的频率，也是工程师在电路设计和元件选购时首要关注的参数。
晶振常用标称频率在1～200MHz之间，比如32768Hz、8MHz、12MHz、24MHz、125MHz等，更高的输出频率也常用PLL（锁相环）将低频进行倍频至1GHz以上。
输出信号的频率不可避免会有一定的偏差，我们用频率误差（Frequency Tolerance）或频率稳定度（Frequency Stability）来表示，单位是ppm，即百万分之一（parts per million）（1/106），是相对标称频率的变化量，此值越小表示精度越高。
比如，12MHz晶振偏差为±20ppm，表示它的频率偏差为12×±20Hz=±240Hz，即频率范围是（11999760～12000240Hz）。
另外，还有一个温度频差（Frequency Stability vs Temp），表示在特定温度范围内，工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离，它的单位也是ppm。
我们经常还看到其它的一些参数，比如负载电容、谐振电阻、静电容等参数，这些与晶体的物理特性有关。
石英晶体有一种特性，如果在晶片某轴向上施加压力时，相应施力的方向会产生一定的电位。
相反的，在晶体的某轴向施加电场时，会使晶体产生机械变形；如果在石英晶片上加上交变电压，晶体就会产生机械振动，机械形变振动又会产生交变电场，尽管这种交变电场的电压极其微弱，但其振动频率是十分稳定的。
当外加交变电压的频率与晶片的固有频率（与切割后的晶片尺寸有关，晶体愈薄，切割难度越大，谐振频率越高）相等时，机械振动的幅度将急剧增加，这种现象称为“压电谐振”。
将石英晶片按一定的形状进行切割后，再用两个电极板夹住就形成了无源晶振，其符号图如下所示：下图是一个在谐振频率附近有与晶体谐振器具有相同阻抗特性的简化电路。
PCBA元器件基本知识
五色环电阻：是一种精密电阻，用五道色 环表示它的阻值。第一、二、三道色环表示 有效数值；第四道色环表示零的个数；第五 道色环表示该电阻阻值的误差范围即误差值。
（各颜色代表的意义参照色环代表意义表）
图示电阻值： 4750Ω=4.75KΩ，
误差为±1%
黄 紫绿 棕棕 色 色色 色色
图1-4
(三)电阻的标注方法
注意：电阻标志在前，允许误差标志在后，字母不可混淆。
（三）电阻器的标注方法
3.色标法：用不同颜色的色环表示电阻器的阻值误 差
表1-4 色环代表的意义：
色环颜色 有效数字
10 的倍乘数
棕
1
1
红
2
2
橙
3
3
黄
4
4
绿
5
5
蓝
6
6
紫
7
7
灰
8
8
白
9
9
黑
0
0
金
——
-1
银
——
-2
无色
——
——
允许误差（%）
±1 ±2 ±3 —— ±0。5 ±0。25 ±0。1 +20/-50 —— —— ±5 ±10 ±20
2.文字符号法
(2)允许误差标志法 表1-3
对称允许误差标志符号
文字符号 W
B
C
D
FG
允许误差 ±0.05% ±0.1% ±0.25% ±0.5% ±1% ±2%
J
±5%
K
±10%
M
±20%
N
±30%
•图1-3
如：6K8G 10RK
图1-3表示电阻值为1.5 Ω误差为±0.5% 表示电阻值为6.8KΩ允许误差为±2% 表示电阻值为10Ω允许误差为±10%
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晶振知识大全(总17页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除 晶振的定义: 晶振的英文名称为crystal. 石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成，主要是为电路提供频率基准的元器件。 晶振的分类： 1. 按制作材料，分为石英晶振和陶瓷晶振。 石英晶振：利用石英晶体（二氧化硅的结晶体）的压电效应制成的一种谐振器件，它的基本结构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，在每个电极上各焊一根引线接到管脚 上，再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。 陶瓷晶振：指用陶瓷外壳封装的晶振,跟石英晶振比起来精度要差一些,但成本也比较低,主要用在对频率精度要求不高的电子产品中。陶瓷晶振就是晶体逆压电效应原理，陶瓷谐振器的工作原理就是既可以把电能转换为机械能，也可以把机械能转换为电能。目前陶瓷谐振器的类型按照外形可以分为直插式和贴片式两中。 2. 从功能上分晶振分为无源晶振和有源晶振。无源晶振即为石英晶体谐振器 ，而有源晶振即位石英晶体振荡器。 无源晶振只是个石英晶体片，使用时需匹配相应的电容、电感、电阻等外围电路才能工作，精度比晶振要低，但它不需要电源供电，有起振电路即可起振，一般有两个引脚，价格较低。 有源晶振内部含有石英晶体和匹配电容等外围电路，精度高、输出信号稳定，不需要设计外围电路、使用方便，但需要电源供电，有源晶振一般是四管脚封状，有电源、地线、振荡输出和一个空置端。使用有源晶振时要特别注意，电源必须是稳压的且电源引线尽量短，并尽量与系统中使用晶振信号的芯片共地。 3、从封装形式上分有直插型（DIP）和贴片型（SMD）。 4、按谐振频率精度，分为高精度型、中精度型和普通型晶振。 5、按应用特性，分为串联谐振型晶振和并联谐振型晶振。 串联谐振型晶振：负载电容较小，属于低负载电容型晶振；只能在低负载电容的条件下，或者说只能在串联型振荡电路中使用；由于晶振是与负载电容串联形成谐振，所以可通过微调负载电容，把振荡频率精确地调到标准值。 并联谐振型晶振：负载电容很大，属于高负载电容型晶振；只能在高负载电容的条件下，或者说只能在并联型振荡电路中使用；并联型振荡电路的振荡频率不可调，这就要求并联谐振型晶振的精度更高、性能更稳定、谐振频率更精准。 6、电子钟表中的晶振，按石英晶片的形状分为低频音叉型和高频圆薄片型。 石英的化学成分为SiO2，晶体属六方晶系的氧化物矿物，即低温石英（a-石英），是石英族矿物中分布最广的一个矿物种。广义的石英还包括高温石英（b-石英）。受压或受热能产生 压电效应。 压电效应——石英晶体在压力作用下产生形变，同时产生电极化。其极化强度与压力成正比。这种现象就称“正压电效应”。反之，在电场作用下，晶体产生形变，其形变大小与电场强度成正比，这种现象称“逆压电效应”。利用压电效应，当极板外加交变电压时，产生机械形变;机械形变反过来产生交变电场。机械形变振幅较小，晶体振动的频率比较稳定。当外加交变电压的频率和晶体的固有频率相等时，机械振动的振幅急剧增加。 石英晶片的切型： 在制造工艺中，首先要对石英晶体原材料进行切割研磨处理，其中一道很重要的工序是定角。由于石英片的取向不同，其压电特性、弹性特性和强度特性就不同，用它来制造的谐振器的性能也不一样，经过大量研究，已发现了几十种有用的切割方式。切型的习惯表示方法：AT， BT，CT，DT，ET，FC， SC，LC等。 石英晶体的振动模式： 石英晶体常规技术指标：
• 标称频率
晶体元件规范所指定的频率。 • 调整频差 基准温度时，工作频率相对于标称频率的最大允许偏离。常用ppm（1/106）表示。 • 温度频差 在整个温度范围内工作频率相对于基准温度时工作频率的允许偏离。常用ppm（1/106）表示。 • 谐振电阻（Rr） 晶体元件在串联谐振频率Fr时的电阻值。 • 负载电容（CL）CL≈（C1C2 /（C1+C2））+C杂散
与晶体元件一起决定负载谐振频率FL的有效外界电容。 这里C杂散指晶体
元件周边电路的分布电容。资料介绍PCB电路板的分布电容多为5-6pF 。 • 静态电容（C0） 等效电路静态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积、晶片厚度和晶片加工工艺。它的常用计算公式为： C0=KC0×Ae×F0＋C常数 KC0——电容常数，其取值与装架形 式、晶片形状有关; Ae——电极面积，单位mm2；
F0——标称频率，单位KHz； C常数——常数，单位PF;
• 动态电容（C1） 等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。它的常用公式为： C1=KC1×Ae×F0＋C常数
KC1——电容常数；
Ae——电极面积，单位mm2; F0——标称频率，单位KHz; C常数——常数，单位PF; ·动态电感（L1） 等效电路中动态臂里的电感。动态电感与动态电容是一对相关量，它的常用公式为： L1=1/(2πF0）2C1 (mh) ·串联谐振频率（Fr）
晶体元件电气阻抗为电阻性的两个频率中较低的一个。 • 负载谐振频率（FL） 晶体元件与一负载电容串联或并联，其组合阻抗为电阻性的两个频率中
的一个频率。 • 品质因数（Q） 品质因数又称机械Q值，它是反映谐振器性能好坏的重要参数，它与L1和C1有如下关系 Q=wL1/Rr=1/wRrC1 如上式，R1越大，Q值越低，功率耗散越大，而且还会导致频率不稳定。反
之Q值越高，频率越稳定。 • 相对负载频率偏置（DL） 晶体负载谐振频率相对于串联谐振频率的变化量DL=(FL-Fr)/Fr，可由下式近似计算： DL≈C1/2（C0＋CL） • 相对频率牵引范围 （ DL1,L2） 晶体在两个固定负载间的频率变化量。 D(L1,L2)=│(FL1-FL2)/Fr│=│C1(CL2-CL1)/2(C0+CL1)(C0+CL2)│ • 牵引灵敏度（TS）
晶体频率在一固定负载下的变化率 。 TS≈-C1 *1000/ 2*（C0+CL）2 • 激励电平相关性（DLD） 由于压电效应，激励电平强迫谐振子产生机械振荡，在这个过程中，加速度功转化为动能和弹性能，功耗转化为热。后者的转换是由于石英谐振子的内部和外部的摩擦所造成的。摩擦损耗与振动质点的速度有关，当震荡不再是线性的，或当石英振子内部或其表面及安装点的拉伸或应变、位移或加速度 达到临界时，摩擦损耗将增加。因而引起频率和电阻的变化。 加工过程中造成DLD不良的主要原因 ——谐振子表面存在微粒污染。主要产生原因为生产环境不洁净或非法接触晶片表面； ——谐振子的机械损伤。主要产生原因为研磨过程中产生的划痕。 ——电极中存在微粒或银球。主要产生原因为真空室不洁净和镀膜速率不合适。 ——装架是电极接触不良； ——支架、电极和石英片之间存在机械应力。 • 寄生响应 所有晶体元件除了主响应（需要的频率）之外，还有其它的 频率响应。减弱寄生响应的办法是改变晶片的几何尺寸、电极，以及晶片加工工艺，但是同时会改变晶体的动、静态参数。 • 寄生响应的测量 ⑴SPDB 用DB表示Fr的幅度与最大寄生幅度的差值； ⑵SPUR 在最大寄生处的电阻； ⑶SPFR 最小电阻寄生与谐振频率的距离，用Hz或ppm表示。 石英晶体谐振器的组成和特性：由石英片，电极，基座，上盖、导电胶组成，其关键部分是石英片。石英片是弹性体，它有固有频率。石英片也是压电体，谐振时，振动幅度最大，阻抗最小；失谐时，阻抗迅速加大。 石英晶体谐振器的基本参数： FL:指定负载CL时的谐振频率； Fr:谐振频率;Xe=0时的频率； CL:特定负载谐振频率时的负载电容(pf)； C0:静电容（pF）;C1:动态电容（fF）； L1:动态电感。(mH)； RR:动态电阻。Ohm； Q:品质因数。Q=2πfL1/R1； TS:指定负载CL时测试的频率因负载电容变化而引起的牵引能力(ppm/pf)； PWR:激励功率(uW)； 石英晶体谐振器的应用：石英谐振器一般作为电感元件在振荡电路中起稳频作用，而电路的其它元件均可等效为一个负载电容与石英谐振器串联或并联。负载电容的大小将对石英谐振器的等效参数及频率稳定度带来影响。 石英晶体谐振器激励电平选择：一般取1~100uW为佳。激励电平的大小直接影响石英谐振器的性能，所以电路设计者一定要严格控制石英谐振器在规定的激励电平下工作，以便充分发挥石英谐振器的特点。激励电平过大， 会导致晶体本身永久损坏，引起等效电阻变大和Q值下降， 电阻温度特性和频率问题特性变得不稳定， 引发寄生振动。 激励电平过小，会导致不易起振，影响工作的温定和可靠性。 晶体谐振器使用注意事项： 1. 抗冲击 SJK公司的晶体产品设计可抵抗物理冲击，但在某些环境下晶体产品也会受到损坏，比如从桌子上掉落或者在安装过程受到冲击。如果产品受到冲击，确保重新检查产品特性。 2. 焊接耐热 使用时应注意到PCB组装过程中的焊接或再流焊的温度应在 260±10℃；焊接时间应不大于10 s.尽可能使温度变率曲线保持平滑。 3. 超声波清洗 使用AT切割晶体和表面声波(SAW)谐振器/滤波器的产品，可以通过超声波进行清洗。但是，在某些条件下， 晶体特性可能会受到影响，而且内部线路可能受到损坏。确保已事先检查系统的适用性。使用音叉晶体可能无法确保能够通过超声波方法进行清洗，因为晶体可能受到破坏。对于可清洗产品，应避免使用可能对产品产生负面影响的清洗剂或溶剂等。 4. 机械振动的影响 当晶体产品上存在任何给定冲击或受到周期性机械振动时，比如：压电扬声器、压电蜂鸣器、以及喇叭等，输出频率和幅度会受到影响。(1)理想情况下，机械蜂鸣器应安装在一个独立于晶体器件的PCB板上。 (2)如果您安装在同一个PCB板上，最好使用余量或切割PCB。 5. 储藏