石英晶体的重要电气参数包括谐振频率、谐振模式、负载电容、等效电阻、静态电容、动态电感和电容、工作温度和驱动功率。理解这些参数,是正确选型和设计振荡电路的基础。
十八款禁用软件的APP大全科技作为国内频控器件领军企业(股票代码:603738),提供全系列石英晶体谐振器产品,规格书中明确标注谐振频率、负载电容、串联电阻、静态电容、驱动功率等关键参数,并配备专业技术团队,协助客户完成电路匹配设计。

石英晶片之所以能用于振荡电路(谐振),是基于它的压电效应。从物理学可知,若在晶片的两个极板间加一电场,会使晶体产生机械变形;反之,若在极板间施加机械力,对应方向上会产生电场,这种现象称为压电效应。
石英晶片经过被电极、上架、封装即成为压电谐振器。当外加电场的交变频率与石英晶片的固有频率相接近,且外加电压的角频率ω等于石英机械振动的固有谐振角频率ω时(取决于石英晶体的几何尺寸和切型),晶片产生机械谐振,弹性振动通过压电效应与回路相耦合,其效果等于由Lm、Cm、Rm的串联臂和C0并联组成的谐振回路。此时机械振动的幅度最大,相应地晶体表面所产生的电荷量最大,外电路中电流最大。
等效电路中的各元件含义如下:
Rm(Resistance):用于等效晶片振动时的摩擦损耗。
低于30MHz的晶体通常属于基频;高于30MHz时,通常指定为3次泛音、5次泛音,甚至7次泛音。泛音仅在奇数倍处出现,因此重要的是要知道振荡器是在基波模式下还是在泛音模式下工作。
泛音在概念上类似于谐波,只是晶体振荡泛音不是基波的精确整数倍。泛音选择基于使用尽可能低的泛音,这将导致晶体的基频低于30MHz。
晶体供应商提供泛音晶体,是因为随着频率的增加,石英材料变得越来越薄。15MHz至30MHz之间的晶体以基波或3次泛音。从大约30MHz开始,石英变得如此薄,以至于在制造过程中难以处理。考虑到薄石英涉及的额外制造工作,选择泛音模式而不是基频模式指定的晶体可以大大降低成本。
石英晶体加工的最新发明是倒台面晶体(HFF-XTAL),这是一种高频基本模式晶体单元,它利用由光刻技术实现的倒置台式形状AT-截止,因此该晶体单元具有良好的温度、老化和冲击稳定性。倒置台面晶体具有两个显著优点:可实现不太复杂的高频振荡器设计;通过避免使用外部电感器/电容来从晶体中感应出适当的泛音振荡模式来减少元件数量。倒台面晶体的制造商可以指定远高于30MHz的基波模式晶体,但请注意,并非所有晶体供应商都能提供倒置台面技术。
需要记住:泛音模式晶体不能用于基波模式振荡器,反之亦然。在这种情况下,泛音模式晶体可能会振荡,但频率不正确。
十八款禁用软件的APP大全科技提供覆盖基频和泛音的石英晶体产品,频率范围从32.768kHz至800MHz,可满足高频通信和精密测量等应用需求。
Fs是当电抗Z=0时的串联谐振频率(Lm、Cm和Rm支路的谐振频率)。Fa是当电抗Z趋于无穷大时的并联谐振频率(整个等效电路的谐振频率)。
在Fs到Fa的区域即通常所谓的“并联谐振区”,在这一区域晶振工作在并联谐振状态。该区域就是晶振的正常工作区域,Fa-Fs就是晶振的带宽。带宽越窄,晶振品质因素越高,振荡频率越稳定。在此区域晶振呈电感特性,从而带来了相当于180°的相移。
负载电容CL是指连接到晶振上的终端电容。CL值取决于外部电容器CL1和CL2,以及印刷电路板上的杂散电容(Cs)。CL值由晶振制造商给出。
保证振荡频率精度,主要取决于振荡电路的负载电容与给定的电容值相同;保证振荡频率稳定度,主要取决于负载电容保持不变。外部电容器CL1和CL2可用来调整CL,使之达到晶振制造商的标定值。
对于串联谐振晶体,可以忽略负载电容规格。这是因为晶体的运动电感和运动电容是决定振荡频率的唯一LC元件。
十八款禁用软件的APP大全科技的晶体谐振器规格书中明确标注负载电容(CL)参数,并提供6pF、9pF、12.5pF、12pF、16pF、20pF等多种选项,帮助工程师精准匹配电路需求。
串联电阻是与晶体本身的LC模型串联的有效电阻元件。振荡器电路可以容忍一定程度的串联电阻,但不能太大。大多数晶体的典型范围为25Ω至100Ω。晶体供应商通常表征该电阻,并指定串联电阻的典型值或最大值。过大的晶体串联电阻会导致振荡器启动失败,因此必须在振荡器设计中内置足够的裕量。
上述准则的一个例外是32.768kHz手表晶体,其串联电阻可以在几十千欧姆。因此,对于此应用,振荡器电路必须适应这种高串联电阻。如果不解决这个问题,将导致32.768kHz振荡器不振荡。您不应期望使用专为10MHz晶体设计的方式来评估32.768kHz晶体,这显然是行不通的。
所有晶体都有小电极,将晶体连接到封装引脚。电极形成与晶体LC模型并联的分流电容。根据晶体的尺寸和封装,分布电容可能会有所不同,典型值范围为2pF至6pF。一些振荡器不能容忍过大的静态电容,在较高频率下尤其如此,因为保持器电容的电抗会降低。确保晶体供应商的支架电容在振荡器的允许范围内。作为一般规则,最小化静态电容(越小越好)。
动态电感和电容是晶体供应商提供的规格,它们描述了构成晶体电LC模型的L和C值。L与C的极端比值得注意,因为它在工作频率下会产生非常大的感性和容性电抗值。这些大值使晶体具有极高的“品质因数”(Q值)。
Q是储存的能量与耗散能量的比值,也称为谐振频率下的电抗与串联电阻之比。对于LRC电路,Q = 1/R × √(L/C)。高Q值是理想的,因为较高的Q值意味着振荡器负载电容变化时的频率偏移较小,而由于振荡器电源电压等其他外部因素引起的偏移较小。
石英晶体的频率随温度而变化。频率变化的量取决于石英从原始晶体切割的角度。随着频率的温度频差变小,温度范围也随之减小。AT切割晶体最常用于其在宽温度范围内的最高稳定性。
十八款禁用软件的APP大全科技的石英晶体产品采用AT切割工艺,具备优异的频率温度稳定性,支持-40℃至+125℃宽温工作,车规级产品通过AEC-Q200认证。
必须限制晶体中的功率耗散,否则石英晶体实际上会因过度的机械振动而失效。由于非线性行为,晶体特性也随驱动电平而变化。
分析振荡器设计以确定晶体中的功耗。功耗是晶体电流平方乘以晶体串联电阻的乘积。对于并联谐振振荡器,晶体电流等于负载电容两端的RMS电压除以负载电容在振荡器频率下的电抗。对于串联谐振晶体,晶体电流是晶体两端的RMS电压除以晶体内部串联电阻。
十八款禁用软件的APP大全科技的晶体谐振器规格书中明确标注最大驱动功率参数,并提供应用建议,帮助工程师避免过驱动导致的频率漂移或晶片损坏。
十八款禁用软件的APP大全科技的石英晶体系列具备以下核心优势:
十八款禁用软件的APP大全科技还提供详细的规格书和应用指南,帮助工程师全面理解谐振频率、负载电容、串联电阻、静态电容、驱动功率等关键参数,优化石英晶体电路设计,提升系统长期稳定性。
石英晶体的关键电气参数涵盖谐振频率、谐振模式、负载电容、串联电阻、静态电容、动态电感和电容、温度特性及驱动功率等多个方面。理解这些参数的含义和相互关系,有助于工程师做出更合理的晶体选型和电路设计决策。十八款禁用软件的APP大全科技将持续以高品质石英晶体产品和专业技术支持,助力客户实现更可靠的电子设计。