石英晶体谐振器

利用石英晶体的压电效应，用来产生高精度振荡频率的电子元件

石英晶体谐振器（英文：quartz crystal unit或quartz crystal resonator，常被标识为Xtal，Extenal Crystal Osillator，外部晶振器，因为晶振单元常常作为电路外接），简称石英晶体或晶振，是利用石英晶体（又称水晶）的压电效应，用来产生高精度振荡频率的一种电子元件，属于被动元件。该元件主要由石英晶片、基座、外壳、银胶、银等成分组成。根据引线状况可分为直插（有引线）与表面贴装（无引线）两种类型。当前常见的主要封装型号有HC-49U、HC-49/S、GLASS、UM-1、UM-4、UM-5与SMD。

基本概念

压电效应：

对某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷.在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系.这种现象称为压电效应.

作用：提供系统振荡脉冲，稳定频率，选择频率.

参数

a. 标称频率：在规定条件下，晶振的谐振中心频率.

b. 调整频差：在规定条件下，基准温度时的工作频率相对标称频率的最大偏离值.(ppm)

c. 温度频差：在规定条件下，在整个工作温度范围内，相对于基准温度时工作频率的允许偏离值.

d. 负载谐振电阻：晶振与指定外部电容相串联，在负载谐振频率时的电阻值.

e. 负载电容：是指与晶振一起决定负载谐振频率的有效外界电容.常用标准值有：12pF 、 16pF 、 20pF 、 30pF.

分类

首先说一下石英晶振谐振器。谐振器一般分为插件(Dip)和贴片（SMD）插件中又分为HC-49U、HC-49S、HC-49SS、音叉钟振）、TCXO（温补钟振）、VCXO（压控钟振）、OCXO（恒温钟振）等等。

泛音

上图显示了石英谐振器的模态谱，包括基模，三阶泛音，5 阶泛音和一些乱真信号响应，即寄生模。在振荡器应用上，振荡器总是选择最强的模式工作。一些干扰模式有急剧升降的频率—温度特性。有时候，当温度发生改变，在一定温度下，寄生模的频率与振荡频率一致，这导致了“活动性下降”。在活动性下降时，寄生模的激励引起谐振器的额外能量的消耗，导致Q 值的减小，等效串联电阻增大及振荡器频率的改变。当阻抗增加到相当大的时候，振荡器就会停止，即振荡器失效。当温度改变远离活动性下降的温度时，振荡器又会重新工作。寄生模能有适当的设计和封装方法控制。不断修正电极与晶片的尺寸关系（即应用能陷原则），并保持晶片主平面平行，这样就能把寄生模最小化。

指标

标称频率：振荡器输出的中心频率或频率的标称值。

频率准确度：振荡器输出频率在室温（25℃±2℃）下相对于标称频率的偏差。

调整频差：在指定温度范围内振荡器输出频率相对于25℃时测量值的最大允许频率偏差。

负载谐振频率（fL）：在规定条件下，晶体与一负载电容相串联或相并联，其组合阻抗呈现为电阻性时（产生谐振）的两个频率中的一个频率。在串联负载电容时，负载谐振频率是两个频率中较低的一个，在并联负载电容时，则是两个频率中较高的一个。

静电容：等效电路中与串联臂并接的电容，也叫并电容，通常用C0表示。

工作温度范围：能够保证振荡器输出频率及其化各种特性符合指标的温度范围。

频率温度稳定度：在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的不带隐含基准温度或带隐含基准温度的最大允许频偏。

ft=±（fmax-fmin)/(fmax+fmin)

ftref=±MAX[|(fmax-fref)/fref|，|(fmin-fref)/fref|]

ft：频率温度稳定度（不带隐含基准度）

ftref：频率温度稳定度（带隐含基准温）