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什么是石英晶体频率元器件 晶振为什么会不起振?



   什么是石英晶体频率元器件产品
 
  石英是由硅原子和氧原子组合而成的二氧化硅(Silicon Dioxide, SiO2),以32点群的六方晶系形成的单结晶结构
 
  单结晶的石英晶体结构具有压电效应特性, 当施加压力在晶体某些方向时, 垂直施力的方向就会产生电气电位. 相对的当以一个电场施加在石英晶体某些轴向时, 在另一些方向就会产生变形或振动现象. 掌握单结晶石英材料的这种压电效应, 利用其发生共振频率的特性, 发挥其精确程度作为各类型频率信号的参考基准, 就是水晶震荡器的设计与应用.
 
  因为石英晶体具有很高的材料Q值,所以绝大部份的频率控制组件,如共振子及振荡器,都以石英材料为基础. 以石英为基础的频率控制组件可以依其压电振动的属性, 可以分为体波(bulk wave)振动组件及表面声波(surface acoustic wave)振动组件.
 
  体波振动组件如石英晶体共振子, 石英晶体滤波器及石英晶体振荡器, 表面波振动组件如表面波滤波器及表面波共振子. 当石英晶体以特定的切割方式, 以机械加工方式予以表面研磨, 完成特定的外型尺寸就是通称的石英芯片(quartz wafer 或 quartz blank ). 将这个石英芯片放置在真空环境中, 于表面镀上电极后,再以导电材料固定在金属或是陶瓷基座上, 并加以封装, 就成为一般所谓的石英晶体共振子( quartz crystal resonator ). 利用石英共振子在共振时的低阻抗特性及波的重迭特性, 用邻近的双电极, 可以做出石英晶体滤波器. 将石英振荡子加上不同的电子振荡线路, 可以做成不同特性的石英振荡器. 例如: 石英频率振荡器(CXO), 电压控制石英晶体振荡器(Voltage Controlled Crystal Oscillator, VCXO), 温度补偿石英晶体振荡器(Temperature Compensated Crystal Oscillator, TCXO), 恒温槽控制石英晶体振荡器(Oven Controlled Crystal Oscillator, OCXO)…等. 相对于体波谐振的是表面声波的谐振. 将石英晶振表面镀以叉状电极(inter-digital-transducer, IDT)方式所产生的表面振荡波, 可以制造出短波长(高频率)谐振的表面声波共振子(SAW Resonator)或声表面滤波器(SAW Filter).
 
  晶振为什么会不起振?
 
  通常在焊接过程中或者使用过程中,都经常会出现晶振不起振.那到底是什么原因使得晶振会停振呢.
 
  1.如果晶振出现停振或者不能进行振荡,首要的问题就是应该对集成电路进行检查.晶振与集成电路不匹配,或者复位程序错误,这样的话用任何方式都不能产生振荡的.检查集成电路是否正常运作其实很简单,只要把集成电路的输入端子接上电源或者接地检查输出信号是否会反转.如果晶振上面所使用的集成电路是用于逆变器,那么输出的信号一定就得是反转的.
 
  2.如果石英晶振上所使用的集成电路用于逆变器,还是不能产生振荡,那么晶振的振荡电路就一定是有问题的.原因的造成有可能是电路常数不正确,或是晶振本身有故障.如果电路的常数是没得问题的,即使晶振的电特性在规定范围内不稳定,那么电路也是会正常的振荡.如果电路参数不对,那晶振电特性的波动就会导致停止振荡.
 
  3.振荡电路中晶振电特性波动的振荡稳定性称为额外增益。振荡额外增益与石英晶振的“R1”有关。当“R1”增加时,额外增益减少。为了检查振荡稳定性,用阻抗分析仪或网络分析仪来测量单一石英晶振的特性。对比有缺陷的石英晶振和正常晶振,可以发现不同的特性。如果停振现象发生温度改变时,用干燥机或冷冻机改变温度,再检查晶振的特性。
 
  4.如果晶振没有异常,发生了或很可能发生停振现象,其原因可能是电路常数不当。这种情况下,应核对电路常数,因为对于不同的集成电路,其电路常数会有很大变化。在电路常数中,负载电容“CL” (CL1/CL2) 非常重要。如果负载电容过高,电路增益就会减少。相反,如果负载电容过低,电路就不能产生合适的相差,也会造成额外增益减少。要检查此参数,就得测量负载电容的振幅特性。为此,在1/10至10倍这个范围内,改变“CL” (CL1=CL2) 的标准值 (例: 有3个端子的产品的电容),观察输入 (V1) 振幅的变化。当负载电容合适时,观察最大振幅。
 
  如果反馈电阻 (Rf) 过大,当印刷电路板的绝缘电阻由于某种原因减小时,反馈就会停止,导致振荡停止。此现象是由不稳定的直流偏压造成的。为了找到原因,拆除晶振.再使用探测器测量偏压,此探测器应与集成电路输出端子相连。就会发现,偏压几乎与VDD相同,但是正常情况下,偏压应为VDD/2。
 
  当振荡电路增加阻值约为1MΩ时,外部反馈电阻就可以解决此问题。
 
  现有提供的晶振是否都是ROHS晶振
 
  在每天的销售日常中,经常性的听到客户在问“你的产品是不是环保的啊”“是不是ROHS晶振”“是的话,把ROHS报告发过来给我”...等系列问题。
 
  其实,现在的晶振基本上都是环保的,我不敢太肯定的说是因为还有有少许货是不环保的,但是我泰河电子供应的晶振百分之百的都可以确定都是环保的。

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