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康比电子身为晶振厂家叙述石英晶振晶片设计概论

来源:http://www.kangbidz.com 作者:kbdzkj 2018年05月11
  科技的快速发展,电子产品,高端智能产品都在随之增长,而频率元件制造商也在随之增长,那么作为一个频率元件制造商,应该知道哪些信息呢?下面就粗略的介绍一下关于石英片的设计
一、石英片设计的概论
1.长方形石英片的形状、轴向和尺寸
  关于长方形石英片长度方向的选取有在X轴向和z’轴向两种情况,参照图3.6.1。
  无论哪一种情况,都是以石英晶振元件的基础理论为设计依据,但是为了使石英片的宽度(w)对厚度尺寸(t)之比减小,缩小边比(w/t)就不能考虑无限平面片了。而是考虑有限平面片。也就是说要考虑有英片端面的影响,具体地说有时候由于端面波的反射,端面异状位移成厚度切变振动激励起其它的振动模式。根据边比,厚度切变振动与其它振动模式有强烈的耦合,得不到稳定的振动,因此必须特别注意。

                               图3.6.1石英片的两种方位图
  所以在设计长方形石英片时,必须考虑到下列各项,以便得到稳定的振动:
  1)厚度切变振动与其它振动的耦合;
  2)贴片晶振频率温度特性随边比的变化;
  3)在某一温度下,CI死点的存在。
2.频谱和边比及频率温度特性
  长度在X轴向石英片的设计(边比在10以下时),应该考虑的主振动模式是厚度切变振动和面切变振动等。关于这些,如以横轴为边比,把各振动模式的频率变化画成图来表示,(模式图)如图3.6.2。
 f—某一边比下的频率;¯f—边比十分大的情况下的频率;
w—石英片的宽度;t—石英片的厚度。
图3.6.2长度在X轴向石英片的主振动模式图
  对于图3.6.2中的情况,在两种振动模式交点的边比存在两种模式的强烈耦合,为此就算是振动强也不稳定,应该避开这种边比。为了确定边比,除此之外,必须考虑频率温度特性。除上述交点边比之外,还有两种模式耦合(见图3.6.3),因此石英晶体振荡器频率温度特牛性紊乱,存在一次温度系数不等于“零”的边比,见图3.6.4。
  f—某一边比下的频率;f—边比十分大的情况下的频率;w—石英片的宽度;
  t—石英晶振片的厚度,t=1670/f_khz (黑点的直径与振动大小成正比)实验值。
图3.6.3长度在X轴向石英片的特性曲线
 
        图3.6.4长度在X轴向石英片的一次温度系数实验值
  因此在决定边比时,要在模式图上考虑这两点来设计石英晶振片,然后查出使在温度范围内CI死点的边比,存在C1外点时,梢微变化一出边比,试验性地确定最终边比,这种工艺是必要的。
在实际进行设计时,利用图3.6.3和图3.6.4决定边比的大概值,但是要注意宽度尺寸不要超过外盒的尺寸。
  从图3.6.3以看出,图3.6.2所小的厚度切变振动,无论在哪种边比情况下都能得到,但是把图3.6.3和图3.6.4结合起来,就能在特别小的边比范围内得到稳定的厚度切变振动。换句话说,很明显1次温度系数等于零的点不是连续存在的,而是以边比大约为3、6、9那样地周期性地出现,另外对于一次温度系数随边比的变化为边比越大,一次温度系数变化越缓慢。
对于条片宽度的考虑:
  (1)要考虑边比的情况;
  (2)宽度尺寸要在外盒内尺寸以内;
  (3)为了得到较大的电极面积,要加大宽度尺寸。
  综上所述以及我们的实践经验,条片基本尺寸LxW为8×2,厚度由标称频率来确定,此外宽度为2mm对于每个频率都是不尽相同引的,要通过大量实验方能最后确定。
  康比电子专业生产石英晶振、贴片晶振、有源晶振、压电陶瓷谐振器的高科技企业、集石英晶振、陶瓷晶振、有源晶振的研发、设计、制造、营销和服务为一体,拥有万级净化厂房、国际先进的生产设备、专用检测仪器、最新工艺,并提供给客户技术产品解决方案。
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