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影响AT切型石英晶体谐振器频率温度特性的要素探讨(2)

时间:2013-10-31 15:07 点击:
取20只ATFund.型3225SMD32MHz石英晶体谐振器32MHz产品,用SA之W2200在CL=8.0pF、12.0pF、16.0pF、20.0pF和Series设置下分别测试测试,计算每次测试后20只产品的RBA平均值,发现RBA与CL有相关性,结果见图5: 图5 可

  取20只ATFund.型3225SMD32MHz石英晶体谐振器32MHz产品,用S&A之W2200在CL=8.0pF、12.0pF、16.0pF、20.0pF和Series设置下分别测试测试,计算每次测试后20只产品的RBA平均值,发现RBA与CL有相关性,结果见图5:

  图5

  可见,随着CL增大,RBA也相应增大,尤其是加负载CL测FL与不加负载(Series:CL=∞)测FR,RBA差异更明显,本例中CL=8.0pF与CL=∞,RBA相差达0.36',这在小公差晶体制造中是不能不考虑的数值。因此,无论是设计晶片、晶片选用、产品频率温度特性测试或检验,甚至是客户使用和确认等,必须明确CL取值,否则会导致测试结果差异。

  3.1.2激励功率(drivelevel)

  试验发现,同一只AT切型石英晶体谐振器,在不同的激励功率下测试其频率温度特性,其RBA值并无明显变化,但dip会随激励功率不同而出现差异。例如:ATFund.型5032SMD40MHz石英晶体谐振器在100uw测试其频率温度特性时dip合格产品,在用1uw和500uw测试时,会有一部分产品dip值变大;同样ATFund.型3225SMD32MHz石英晶体谐振器在10uw测试其频率温度特性时dip合格产品,在用100uw和300uw测试时,也有一部分产品dip值变大。

  因此,在测试和验证AT切型石英晶体谐振器频率温度特性时,一定要用设计的或实际使用要求的激励功率确认,象直接用制造普通石英晶体谐振器使用的晶片制造OSC.或TCXO,一般是不可以的。当然,通过精心设计和工艺改进等,使AT.型石英晶体谐振器在较宽的激励功率范围,达到稳定的频率温度特性也是可以实现的。

  3.2Fund.和overtone模式vs.RBA

  ①取10只ATFund.型6035SMD20MHz石英晶体谐振器,用S&A之W2200测试出RBA,然后按序再按三次泛音频率(约在60MHz附近)测试测试对应RBA,如表5。

  表5

  ②取10只AT3rdovertone型7050SMD50MHz石英晶体谐振器,用S&A之W2200测试出RBA,然后按序再按基频(约在16.67MHz附近)和五次泛音频率(约在150MHz附近)测试对应RBA,如表6。

  表6

  以上试验数据证明:对AT型石英晶体谐振器而言,基频RBA合适的晶片切角,在晶片规格、成品装配和温度频差要求都不变的情况下,对应三次泛音频率,要取得RBA合适,晶片切角应增加7~9',对应五次泛音频率,要取得RBA合适,晶片切角只需再增加1'左右,反之亦然。

  4.RBA简单估算

  从方程(1)及a0、b0、c0值之数量级可以看出,当(T-T0)取值较小时,可以有:

  一般温度特性测试所取参考温度为T0=25℃,则判断当T=10℃~15℃时,(3)式成立。由此推断:一只AT切型石英晶体谐振器RBA值大概与其10℃~15℃时相对温度频差值(按ppm计,参考温度T0=25℃)接近。当然,由于各种影响RBA的要素影响,具体到每一只产品,其实际a0值系数并不是-0.08583×10^-6,通常要更小些。但基本不影响用本方法快速估算RBA。

  5.结束语

  以上探讨,主要依据实践中试验数据,结论在实际中或对AT切型石英晶体谐振器设计和生产有启发和借用。基于作者水平有限,还不可能将影响AT切型石英晶体谐振器频率温度特性的要素完全深入解析,本文也难免存在不妥之处。在此,我们愿意向各方专家学习,并交流探讨。[科]

  【参考文献】

  [1]张沛霖,钟维.压电材料与器件物理.

  [2]冯致礼,王之兴.晶体滤波器.

  [3]John R.Vig.“Quartz Crystal Resonators and Oscillators”.
 

 


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