晶振本體石英晶體的秘密

晶振發(fā)展至今不管是生產工藝還是應用都已經非常成熟了，但是你真的了解過晶振嗎？從我們熟悉的有源晶振、無源晶振到到晶體、振蕩器以及展頻晶振，這些名稱怎么來的？要了解這些問題還得從晶振的本體——石英晶體講起；（實際上作為振蕩器不止有石英晶振，還有基于半導體的晶振以及陶瓷晶振。石英晶振因為發(fā)展時間長，技術相對成熟以及使用廣，本文只圍繞石英晶振來講。）

自1880 年發(fā)現了石英壓電效應后，晶振隨著電子產品的發(fā)展至今已成數字電路中不可或缺的穩(wěn)定時鐘信號來源。

二分類

石英晶振的主要功能材料為水晶，即一種化學成分為二氧化硅（ SiO2）的六角錐形結晶體。石英之所以成為諧振器的原材料，是由于它具有正（機械能→電能）、逆（電能→機械能）壓電效應。如果沿石英晶片的電軸或機械軸施加壓力使晶片產生形變，那么垂直于這些軸的兩個表面則會產生電荷，這種現象稱為正壓電效應。如果在石英晶體兩個表面施加電場，則晶片在電軸和機械軸方向將延伸或壓縮，這種現象稱為逆壓電效應?；谶@種特性，當石英晶振置于交變電場中，晶體的體積會發(fā)生周期性的壓縮或拉伸，形成了晶體的機械振動。當交變電場的頻率等于晶片的固有機械諧振頻率時，晶片的機械振動幅度最大，產生共振現象。

石英壓電效應

（1）無源

當晶體通過基座、外殼、鋅白銅、上蓋等通過數十項工藝后就做出了我們的無源晶振。作為電子工程師都知道無源晶振需要起振還需要外圍的起振電路，所以這種簡單的晶振也叫晶體、無源晶振，優(yōu)點主要為信號電平可變，低成本、低功耗等優(yōu)勢，應用場景十分豐富。

（2）有源

當我們的產品需要精度較高、接線盡可能簡單的情況下就誕生了一種將起振電路IC集成到與水晶一起封裝到外殼里的晶振，即有源晶振、振蕩器，其精密度與穩(wěn)定性高于無源晶振。

無源晶振與有源晶振內部結構

從上圖可以看出無源晶振只需要兩個引腳即可，即使做成4PIN的貼片晶振也只用到其中兩個PIN腳，而有源晶振從原理上就決定了需要三個PIN腳才能工作，其中一個懸空的引腳有的廠家也有做使能端。

三應用

在實際的整改中，關于時鐘超標時鐘是EMC工程師頭疼的問題，絕大部分的時鐘來源又是由晶振提供，用常規(guī)方法將周邊配置電路重新匹配、隔離、濾波、屏蔽后依然無法解決這個難點。

無展頻晶振

所謂條條大路通羅馬，與大禹治水一樣堵不行就用疏，既然超標的是尖峰點，就用手段把尖峰點的能量給轉移。這里就用到我們之前提到的展頻技術，不同的是此次我們是基于時鐘源——晶振做的優(yōu)化，直接在有源晶振內部集成起振電路與展頻電路從而減少展頻IC外圍電路減小空間與其他匹配物料的成本。

使用展頻晶振后

新一代的展頻晶振經過優(yōu)化可以根據客戶實際需求進行燒錄成不同的頻率與展頻寬度，在驗證效果時客戶如之前用的有源晶振可以直接PIN對PIN焊接驗證，若用的無源晶振我們還專門為此制作了用于驗證的測試板方便客戶驗證其效果。

驗證替代無源晶振測試版

原文標題：展頻晶振的秘密

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責任編輯：haq