隨著晶體振蕩單元的小型化的進(jìn)展，CI 值、特性不均、頻率敏感性等性能隨之惡化，電 路設(shè)計(jì)更為困難。日本KDS晶振使用自己的核心技術(shù)，設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)小型及高性能的音叉型晶體振蕩單元,為小型、高性能的應(yīng)用開發(fā)奉獻(xiàn)力量。下面，給大家詳細(xì)介紹一下石英晶體振蕩器小型化對其自身特性的影響及其對策。

1、因CI 值(晶體阻抗；Crystal Impedance)的增大而造成的振蕩穩(wěn)定性的下降

如將晶體單元的諧振狀態(tài)置換成電氣電路，可以 得到如圖 1所示的晶體振蕩單元的等效電路，CI 值相 當(dāng)于等效電路的 R1。

圖一：晶體單元的等效電路

通常將晶體振蕩單元小型化時(shí)， CI 值會變大。這時(shí)，晶體振蕩單元的 CI 值對振蕩電 路的影響及其對策如下所示。

【影響】

CI 值較大時(shí)起振或停止電壓會變高。即會出現(xiàn)即 使增大電壓也難以起振、電壓稍下降振蕩就會變得不 穩(wěn)定或停止振蕩的現(xiàn)象。

而且 CI 值是晶體振蕩單元單體中的諧振頻率的等效阻抗，對振蕩的不穩(wěn)定或不振蕩產(chǎn)生影響的、決 定振蕩裕度的重要參數(shù)之一。

圖二振蕩裕度的檢查方法

【對策】

首先，需要確保衡量振蕩電路能否穩(wěn)定振蕩的尺度的振蕩裕度在 5～10 以上。這項(xiàng)振蕩裕度可用 圖 2的振蕩電路的負(fù)阻抗（CI）除以石英晶體振蕩器單元的等效串聯(lián)阻抗（r）的最大值來表示。 當(dāng)振蕩裕度不足時(shí)，將出現(xiàn)如上所述的延遲起振時(shí)間或起振電壓變高的故障。而且，當(dāng)振蕩裕度明 顯不足時(shí)，振蕩將陷入不穩(wěn)定或不起振的狀態(tài)。

為了提高振蕩裕度，以下兩種方法較為有效：

①通常改善負(fù)阻抗的方法較為有效，根據(jù)圖 3所 示的振蕩電路部分功耗與負(fù)阻抗之間的關(guān)系，可使用 增加振蕩部電流的方法來解決，但這種方法存在增加 耗電量的缺點(diǎn)。

圖 3 振蕩電路部分的電流與負(fù)阻抗之間的關(guān)系

②使用 CI 值較小的石英晶體也可以改善振蕩裕 度，但如上所述，通常晶體振蕩單元的小型化將使 CI 值變大。 盡管小型化與振蕩的穩(wěn)定相對立，但KDS晶振公司使用自己的技術(shù)，采用了既小型又能抑制 CI 值的設(shè) 計(jì)。并根據(jù)客戶的需求，推出了規(guī)格尺寸豐富多 樣的晶體振蕩單元陣容，可以為大家提供系統(tǒng)最佳部件， 支持尊貴客戶的高度設(shè)計(jì)品質(zhì)。

2. 振蕩頻率的偏移

隨著振蕩器尺寸的小型化，頻率敏感度將變高。 實(shí)裝到產(chǎn)品基板時(shí)振蕩頻率可能偏移所期待值。以下說 明其影響及對策。

【影響】

晶體振蕩單元的頻率隨振蕩電路的負(fù)載電容而變化。 這種變化被稱為“頻率與負(fù)載電容特性”。負(fù)載電容如式 1)所示，由振蕩電路的電容值和雜散電容量而決定。

頻率與負(fù)載電容特性如圖 4所示，隨振蕩器的規(guī)格尺 寸而不同。頻率的精度隨著振蕩器尺寸的小型化，電容容量每 1pF 的頻率敏感度將變高（曲線的傾斜變得急?。?，因此受到每 塊基板的雜散容量不均的影響，頻率容易變動(dòng)。即振蕩頻率的 偏移變大。

圖 4 頻率與負(fù)載 電容特性

這種情況下晶體振蕩電路的對策如下所示。

【對策】

圖 5 為使用 CMOS IC 的、通常的晶體振蕩電路。

圖 5 振蕩電路

通過改變此圖中的柵極容量 CG、漏極容量 CD，可以調(diào)整振蕩頻率。因此，可采取以下方法：

①選擇 CG、CD 的不均較小的電容；

②選擇敏感度低的晶體振蕩單元。

用上述觀點(diǎn)選擇部品，就能得到穩(wěn)定的頻率精度。KDS晶振公司產(chǎn)品使用自創(chuàng)核心技術(shù)，采用了既小型又能抑制敏 感度和每個(gè)產(chǎn)品的不均的設(shè)計(jì)。 使用這樣的產(chǎn)品也是有效手段之一。

生產(chǎn)音叉振蕩子時(shí)，KDS晶振沒有采用生產(chǎn)中通常使用的機(jī)械加工方式，而是采用了具有 30 年歷 史與實(shí)際成果的光刻加工進(jìn)化發(fā)展而成的核心技術(shù)，通過三維加工使晶體芯片的外形與電極的形成實(shí)現(xiàn)小型、高精度，精心設(shè)計(jì)使音叉型晶體振蕩單元的特性達(dá)到最佳。

因此，能為客戶提供具有以下特性的音叉型晶體振蕩單元：

?使用晶片蝕刻工藝控制芯片形狀的不均（抑制 CI 値、頻率精度的不均）；

?音叉的振動(dòng)臂上形成三維體槽，增大電極面積從而實(shí)現(xiàn)低 CI 值；

?進(jìn)行精細(xì)加工生產(chǎn)更小型的產(chǎn)品。

使用上述核心技術(shù)，為您準(zhǔn)備了能夠盡量減少您的設(shè)計(jì)及品質(zhì)等方面的風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)品陣容。 今后，KDS也將不斷推進(jìn)自身技術(shù)的進(jìn)化，努力開發(fā)并提供更小型、更高性能的晶體元器件。