一、晶振分類
一般晶(jing)振分為兩(liang)種(zhong):有(you)源晶(jing)振、無(wu)源晶(jing)振。
有源晶(jing)振也叫晶(jing)體振蕩(dang)器,Oscillator;無源晶(jing)振有時(shi)也叫無源晶(jing)體,Crystal,晶體(ti)諧振器。至于哪個名字更(geng)專業(ye)、更(geng)準確(que),我覺得無需爭論,名字只是代號而(er)已,大家工(gong)作(zuo)中溝通能知道(dao)說的是什(shen)么就(jiu)行。
簡單(dan)來說,有源(yuan)晶振(zhen)自己供上電(dian)就能(neng)(neng)輸(shu)出(chu)振(zhen)蕩信號;無源(yuan)晶體必須額外增加電(dian)路才能(neng)(neng)振(zhen)蕩起來。

以上分類(lei)是從使用角度(du)來說的,如果我們單看晶(jing)振(zhen)的內部(bu)構造,就會(hui)發(fa)現有(you)源晶(jing)振(zhen)內部(bu)是包含了一個無源晶(jing)振(zhen),然后再(zai)將阻容、放(fang)大等電(dian)路也(ye)包含進(jin)去,整體封裝(zhuang)好再(zai)給我們用。

有(you)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)內部構造包(bao)含了(le)無(wu)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen),所(suo)以一(yi)般來說,有(you)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)比(bi)無(wu)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)要(yao)(yao)貴。另一(yi)方面(mian),我(wo)們只(zhi)要(yao)(yao)了(le)解了(le)無(wu)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)的特性,有(you)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)也就差(cha)不多(duo)了(le)。畢竟,有(you)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)可以看成是(shi)無(wu)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)晶(jing)(jing)振(zhen)做成的一(yi)個具體電(dian)路,供上電(dian)就能輸出(chu)振(zhen)蕩信號(hao)了(le)。
所以,下面我們就(jiu)只(zhi)看無源晶(jing)振(zhen)(晶(jing)體(ti)諧(xie)振(zhen)器(qi))。
二、晶體(ti)諧振(zhen)器構造
首先,晶(jing)體諧振器里面的(de)晶(jing)體指的(de)是(shi)石英晶(jing)體,化(hua)(hua)學式是(shi)二氧化(hua)(hua)硅(gui)SiO2。
石英的特點(dian)是:熱膨脹系數小(xiao)、Q值高、絕(jue)緣等。

石英可以(yi)做成晶體諧振(zhen)器,主要是(shi)利用了壓(ya)電(dian)效應(ying)(ying)。壓(ya)電(dian)效應(ying)(ying)又(you)分為正(zheng)壓(ya)電(dian)效應(ying)(ying)和逆壓(ya)電(dian)效應(ying)(ying),以(yi)下是(shi)百(bai)度百(bai)科對其的(de)定義:

意思(si)對應(ying)下圖:

晶體的構造(zao)示意圖(tu)如下:

上圖(tu)(tu)左(zuo)邊是晶(jing)體構造(zao)的(de)示意圖(tu)(tu),右邊是我們常(chang)見的(de)晶(jing)振的(de)符號,二者是不是很(hen)像?
根(gen)據對前面(mian)壓電效應的理解,晶體可(ke)以將電能(neng)(neng)(neng)轉化為機械能(neng)(neng)(neng),然(ran)后(hou)機械能(neng)(neng)(neng)又能(neng)(neng)(neng)轉化為電能(neng)(neng)(neng)。如果給(gei)晶體通上交流電,那不就是一(yi)會(hui)兒收縮(suo),一(yi)會(hui)兒膨脹,這不就是機械振動嗎?
我們知道,機械(xie)振(zhen)(zhen)動的(de)物理尺寸和結構固(gu)定之后,它本(ben)身一(yi)般就有(you)一(yi)個固(gu)有(you)的(de)振(zhen)(zhen)動頻(pin)率。當(dang)外加信(xin)號的(de)頻(pin)率與固(gu)有(you)振(zhen)(zhen)動頻(pin)率相等時,就會發生共振(zhen)(zhen),產(chan)生諧振(zhen)(zhen)現象。
顯然,晶振(zhen)的(de)頻率,應(ying)該說的(de)就是這個固(gu)有振(zhen)蕩頻率。再從(cong)無源(yuan)晶體也叫“晶體(ti)諧振(zhen)(zhen)器”,此處的“諧振(zhen)(zhen)”應該就是這個意(yi)思吧。
除此(ci)之外,既(ji)然工作(zuo)原理(li)是機(ji)械(xie)振動,那么性能自然跟晶(jing)體(ti)的尺寸和結構(gou)有著非常大的關系(xi)。這方面我也查了一下(xia),確實如此(ci)。
三(san)、晶振頻率(lv)與切片厚度(du),切割工藝的(de)關(guan)系
切(qie)割工藝,就是(shi)對晶體坐標(biao)軸某種角(jiao)度去切(qie)割。切(qie)型有非常多的(de)種類,因為石(shi)英是(shi)各向異性(xing)的(de),所以不同(tong)的(de)切(qie)型其(qi)物理性(xing)質不同(tong)。
切面的(de)方向與主軸(zhou)的(de)夾角對其性(xing)能有著非常重要的(de)影響,比(bi)如(ru)頻率穩定(ding)性(xing)、Q值、溫度性能(neng)等。

常見的切割類型有(you)兩種:AT和BT切。
同(tong)種頻率(lv)的(de)晶(jing)振,AT切比BT切的溫度系數要小,切片厚度要薄,但是(shi)Q值比BT切要(yao)低。
下(xia)面是(shi)晶(jing)體頻率同(tong)切片厚度、切割(ge)類型的(de)關(guan)系:

一(yi)般晶振手冊中也會給出切割類型,不知(zhi)道大(da)家有沒有關注過這(zhe)個參(can)數呢?

四、特殊的晶(jing)振——32.768Khz
從上圖可以看出,AT切的20Mhz晶(jing)振的(de)切片很薄,只(zhi)有0.083mm,但是(shi)頻率降低到32.768Khz,如果還是(shi)AT切,那(nei)么(me)厚度就是0.083mm*20Mhz/32.768Khz=50.66mm。
顯然,這個尺寸太大了!
我們現實中看到的32.768khz的(de)晶振顯然是沒有這么(me)大(da)的(de),所(suo)以可(ke)以肯定(ding)的(de)是,32.768Khz的(de)晶振不(bu)是AT、BT切,應該是別的方式。
32.768Khz一般是音叉的結構(gou),就是下面這種:

32.768Khz晶振(zhen)的 MC-146封(feng)裝
