石英晶振频率相关技术

频率
石英晶体的频率取决于其振动模式(基波或泛音),该模式的谐波以及石英板的物理尺寸.利用谐波和模式,晶体工程师可以设计出频率范围为1.0MHz的晶体.至250MHz.
在1.0MHz及以上的AT切割晶体.通常是剪切振动器,其频率由石英板的厚度决定.像吉他弦一样,石英板越薄,频率越高.必须考虑的另一个因素是D:T比或直径与厚度.由于振动能量发生在石英板的中心,将能量限制在一个小区域内使得板难以振动.最佳D:T等于或大于70:1.在比率为40:1或更小时,板的阻抗开始增加并使装置难以振动.D:在给定频率下的T与可以使用的支架的尺寸有直接关系.通常,给定模式中的较低频率设备需要较大的封装,较高频率的设备可以以相同的模式放置在较小的封装中.

振动石英晶体同时激发多种模式.这些附加模式或泛音是基本模式/频率的奇数倍,即:3X,5X,7X,9X......等.可以理解的是,他们被称为第3,第5,第7,第9等等泛音或模式.例如,制造的晶体工作频率为10MHz.基本模式还将具有30MHz,50MHz,70MHz,90MHz等振动模式.
通过使用泛音/模式,晶体工程师能够克服板几何的物理限制,将频率范围扩展到250MHz.同时,更高的同时确保设备的尺寸几乎保持很小.
通常使用扁平坯料技术和机械研磨工艺的基本模式对于约40MHz是实用的.相应的泛音将是第三泛音到120MHz第五泛音到200MHz.第7次泛音到280MHz.等等.
350MHz的基本模式.通过环形支撑的谐振器技术,即化学铣削,可以实现这一目标.基本模式约为200MHz.具有理论上相应的第三泛音到600MHz是实用的.现有技术的测量技术将基波和泛音谐振器的实际频率范围限制在约250MHz.

INVERTED-MESA环支持的谐振器几何

频率与封装尺寸
如频率部分所述,石英板直径与厚度之间存在关系.最佳地,具有D:T=/>70:1的无限制真空将具有最小阻抗.当您限制并试图将振动能量捕获到板的中心时,器件的阻抗会增加.阻抗的增加是最小的,直到达到40:1的D:T.在40:1和更小时,阻抗急剧上升,使谐振器面临无法开始或保持振动的风险.诸如造型或斜切的加工步骤可以减轻阻抗的上升,但是它不能完全消除该问题.
与此现象相关,支架选择成为关键问题,因为特定设计频率的D:T可能不允许制造具有阻抗的装置,该阻抗将允许在宽范围的驱动水平上启动和振动.
保持器选择的关键性的一个例子是2.000MHz的基本模式AT谐振器.板的大致厚度为0.033英寸.D:T为40:1时,板的直径为1.33英寸.显然它不适合任何可用的标准金属支架.该装置是通过轮廓(镜片成形)空白来“能量捕获”的候选者.在实践中,设计人员会选择HC-36支架和0.600“直径的设计用于此设计,D:T仅为18:1.典型的Rs约为55欧姆.选择较小的支架,HC-43和直径为0.350英寸的板将导致谐振器的典型Rs为350欧姆.
下表提供了特定持有人类型的较低基本频率限制: