石英晶体在振荡线路上负载电容会发生哪些变化吗
石英晶体在振荡线路上的”负载电容(load capacitance)”定义为:从石英晶体共振子的两个端子看向振荡线路所遭遇到的所有电容值. 负载电容在线路上可以与石英晶体共振子以并联(parallel)或以串联(series)的方示连接. 以并联方式连接的振荡线路中, 负载电容(CL)的大小会影响公称频率的特性.石英频率组件频率对温度稳定性的特性, 亦如同公称频率误差一样, 是以ppm或是以% 为计量单位. 组件的频率温度特性曲线与石英的切割角度, 振荡模态, 表面处理及外型尺寸都有很大的关系. 除此之外, 振荡线路上的负载电容(CL), 驱动功率(drive level)的特性, 也会影响到振荡线路输出频率对温度变化的稳定性.石英晶振频率对温度稳定性取决于石英频率因温度变化而改变, 这是因起于石英材料在各个坐标轴向的热膨胀系数不同, 当温度变化时, 各轴向晶格距产生些许变化. 当引用不同的切割角度时, 不同振荡模态的之变化也会不同。
以AT切割角度的厚度剪切振荡模态的设计, 一般是采用摄氏25度作为参考温度点的频率来定义在工作环境温度范围内的频率变动的稳定性. 在定义这项频率对温度稳定性参数的同时, 也应该一同规范出相对应的工作环境温度范围,等效串联阻抗当石英晶体串联振荡在fs时, C1及L1是相反相位而互相抵消, 整个共振子的动态支臂(motional arm) 的导纳是接近最小阻抗值R1. 这时候整个石英晶体共振子的表现仅是一个电阻性的组件. 电阻值R1是整个组件的机械性能量损耗. 其中包含了石英材料, 接着材料及封装材料上所有的能量损耗.
石英晶体的驱动功率是指石英晶体共振子的消耗功率. 一般是以微瓦(microwatt)表示. 振荡线路的设计上必须提供适当的功率让石英晶体共振子开始起振并维持振荡. 石英晶体的振荡是属于物理上的高频机械振动, 振荡时的电气阻抗值约在10~100奥姆以下( 依频率范围及尺寸大小有差异). 振荡线路若提供过高的驱动功率, 会使石英晶体的非线性特性变化及石英/电极/接着材料的接口恶化, 进而造成振荡频率FL及等效阻抗R1的过度变化. 石英晶体在长时期的过高驱动功率下工作, 会有不稳定的现象. 随着各类应用面的低消耗功率需求及产品小形化趋势, 加上近几年石英产品的技术大幅提升, 石英晶体共振子的电气阻抗值整体都下降而且稳定. 振荡线路的设计不需要,也不应该提供过高的驱动能量在石英晶体共振子上面.
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