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AT切割晶振晶体板面剪切振动的频谱图和频率温度特性

来源：http://www.yijindz.com 作者：亿金电子 2019年05月07

基于Mindlin板的理论,得到AT切割石英晶体板面剪切振动的频谱图,以及面剪切振动的频率温度特性结果,并且与实际样品的量测值进行比对.TXC晶振公司分别以三维精确理论和一阶板的理论对AT切割石英晶体板Z轴方向面剪切振动进行理论推导,计算出的频谱图可帮助晶片设计人员选择合适的晶片尺寸来避开厚度剪切振荡和面剪切振荡的偶合.
AT切割晶振晶体板面剪切振动的频谱图和频率温度特性分析.温度特性对石英晶体谐振器来说至关重要,本文通过理论推导得出了Z轴方向的面剪切振荡的频率温度特性结果,这部份的结果结合频谱图可以帮助晶振晶片设计人员找到在一定的温度范围内都无偶合情况出现的晶片尺寸.

石英晶体板的截面图

AT切割晶振晶体因为其良好的频率温度特性被广泛地应用于压电谐振器的制作中.它所利用的振动形态是位移与1x（对角轴）方向平行的厚度剪切振动模态.然而石英晶体是各向异性的材料,晶体板的振动除了厚度剪切振动模态以外还存在很多不被需要的寄生模态.在实际的石英晶体谐振器的设计中,如何选择好合适的石英晶振晶体板的尺寸来避开寄生模态和厚度剪切振动模态的偶合,是工程技术人员最关心的问题.
面剪切振荡是最早期被发现的寄生模态之一,关于它的理论推导早在70年代就已经由Mindlin提出.Mindlin对面剪切振动模态的推导是基于三维理论的基础上进行的,为了能用较为简单的表达式来表达出解的形式,对石英晶振板的模型进行了简化,并且为符合自由边界条件,还假设板的横截面不再是矩形,而是存在一定倾斜角（Mindlin Angle）的平行四边形.

典型石英晶体板的模型图

在这篇论文中,TXC Crystal对Mindlin的推导过程进行了说明,同时我们利用一阶板的理论也对面剪切振动进行了推导,而模型的假设不需要有Mindlin Angle.然后,利用三维理论和一阶板理论的推导结果分别计算出了频谱图.设计人员可根据它选择到避开两模态偶合的晶体板3x方向尺寸外对根据两种理论计算出的频谱图的比较,也说明了两种理论间的异同点.
石英贴片晶振,石英晶体谐振器正在被广泛地应用于各个领域.对于产品特性的要求也逐步提高,特别是产品的温度特性,越来越被客户所重视.目前石英晶体,贴片晶振的产品设计不但要排除常温下寄生模态和厚度剪切振荡的偶合,还要考虑产品被应用的温度范围的情况.
本文在一阶板理论推导的基础上,考虑热膨胀系数和热弹性系数,计算了面剪切振荡的频率温度特性结果,通过这个计算可让设计人员掌握晶振面剪切振荡形态随温度的变化形态,方便在设计时在常温下避开模态偶合的同时也能预估产品在应用的温度区间模态的偶合情况.实际产品量测结果也包含与此论文中,以便对理论计算和实际量测结果的差异进行比较.更多相关信息内容欢迎登入亿金官网查看了解.

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