无源晶体振荡器的电器参数

图1是一款32.768kHz的无源晶体振荡器的电器参数。本篇将为大家解读各个参数的含义。

图1 一款32.768kHz晶体的电器参数

图2、石英晶体等效威廉希尔官方网站

1、一般频率(Nominal Frequency)

指晶体谐振基频频点，我们选择32.768kHz的晶体，它的基频频点就是32.768kHz。

2、振荡模式(Oscillation Mode)

一般分为基频(FUNDAMENTAL MODE)和泛音(OVERTONE MODE)两种振荡方式。晶片越薄，振荡频率就越高。由于工艺的限制和晶片破裂的风险，晶片不能无限的薄。为了达到高频，上百mhz的晶体一般采用泛音晶体。20mhz基频的晶片，经过五次泛音就可达到100mhz。泛音晶体需要电感和电容的配合才可以得到理想的频率; 若不加,则会输出基频。

3、负载电容(Load Capacitance)

负载电容是选购晶体必选的参数之一。晶体的频率会根据串联的电容电抗而改变。在串联谐振型威廉希尔官方网站 中，不需要负载电容。CL值大，远端相位噪声好。如果过大，则会难调整到标称频率，不易起振。CL值小，近端相位噪声好，容易调整频率，容易起振

4、频率公差(Frequency Tolerance)

常温25℃下，一定的负载电容的晶体频率公差，加工误差。一般频差调整为±5ppm ~ ±30ppm。

5、等效串联电阻(Equivalent Series Resistance)

又叫做谐振电阻，简称为ESR, 表征能耗，与Q值成反比。Q值是由生长的水晶料品质决定的，Q值越高，固有频率则越稳定。小型化尺寸晶体的谐振电阻会增大，负载电容会降低。

6、驱动功率(Drive Level)

晶体的驱动/激励功率是指晶体正常振荡时最大的消耗功率，一般是以微瓦(uw)表示。振荡威廉希尔官方网站 必须提供足够的驱动功率来补偿晶体在共振时的机械能损失。振荡威廉希尔官方网站 若提供过高的激励功率, 会使晶体的非线性特性变化, 进而可能造成振荡频率FL不稳定及等效阻抗ESR的过度变化。

晶体的规格书中一般会给出激励功率的最大值，如10uw。这并不是说晶体能承受的最大激励功率是10uw，而是晶体最大只需要10uw的激励功率就能维持正常振荡工作了，晶体可以承受比10uw大的多的激励功率。

根据协议标准，晶体能够承受的激励功率在1mw之内，在设计晶振威廉希尔官方网站 时，应检查IC的激励功率，若IC的激励功率大于1mw，则威廉希尔官方网站 中需要增加限流电阻；若小于1mw，则不需要加限流电阻。现在IC的激励功率也是越做越小，一般都不会大于1mw。

7、斜率(Parabolic Coefficient)

由于其独特的形状，音叉晶体不能在较宽的温度范围内提供较高的精度。它们的温度精度可以绘制为温度的抛物线曲线。这个精度通常是±20ppm在室温或大约+25°C。这相当于每天增加或减少1.7秒的时间，或每年10.34分钟。图1显示了在极高温和极低温下精度的下降。在这些温度下的典型精度远远低于±150ppm，这相当于每天损失近13.0秒的时间，或每年约1.3小时。32.768 kHz音叉晶体的常见抛物系数为0.04 ppm/°C2。

8、动作温度(Operating Temperature)

工作温度范围。

9、储存温度(Storage Temperature)

物料存储温度范围。

10、年老化率(Aging/Year)

频率随着时间的定向漂移，也称为老化。老化在学术界被认为是‘质量迁移’和‘应力驰豫’这两个原因产生的。

11、绝缘阻抗(Insulation Resistance)

晶体的两焊接端之间的电阻。

12、并联电容(Shunt Capacitance)

晶体两引脚之间的电容，是以水晶为介质，由两个金属电极形成的电容，和晶片电极面积(或晶体体积）大小和频率大小正比

13、动态电容(Motional Capacitance)

等效威廉希尔官方网站 中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。

14、品质因素(Quality Factor)

即Q值是晶振的一个很重要的电气参数，它与晶体振荡器的频率稳定性有着密切的关系。对于石英晶体，品质因数Q是很重要的一个参数。Q值越高，表示晶体损耗小，晶体工作稳定，则频率稳定性越好。晶体的品质因数通常都很高，在几十万甚至几百万以上。

石英晶体的品质因数是由它的动态参数决定的，在其等效威廉希尔官方网站 中可以清楚地看到：

R1 、C1、 L1是与石英晶体谐振器有关的参数，而C0则与石英晶体谐振器频率没有关系。

晶振谐振回路的品质因数的定义：Q=

 

由上式推导出品质因数Q: Q=

 

R1代表回路损耗，R1越小损耗越小，Q值越高，反之R1越大，Q值越低。若把它作为一个自由振荡回路，则可说明回路维持等幅振荡的情况，Q值高时振荡衰减减慢，Q值低时振荡衰减快。