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振动模式与驱动电平对晶振频率的影响
虽然一提起频率控制元器件，大家最先反应的是石英晶体和石英振荡器，然而这个类目并不是只有晶振一种产品，陶瓷谐振器，陶瓷滤波器，声表面滤波器，声表面谐振器，陶瓷雾化片，微孔雾化片等都属于频率元件。其中晶振和滤波器是电子产品电路板上，比较常用的两种频率元件，所以今天我们也是重点讨论石英晶振与SAW滤波器的驱动电平，运动模式的特性原理，以及二者对频率的影响，此份资料有助于工程师更好的使用和选择符合好用的频率控制元件，可仔细阅读，有任何疑问都可以联系金洛鑫电子。
随着驱动电平（通过晶体的电流）增加，晶体的振动幅度也增加，并且由石英的非线性引起的影响变得更加明显。依赖于驱动电平的许多属性中的一些属性是共振频率，运动电阻RI，相位噪声，频率与温度异常（称为活动骤降）和频率跳变，本章的其他章节对此进行了讨论。共振频率的驱动电平依赖性，称为幅频效应，如图10所示。驱动电平的频率变化与驱动电流的平方成正比;系数取决于谐振器设计。由于频率的驱动电平依赖性，最高稳定性的振荡器通常包含某种形式的自动电平控制，以最小化由于石英晶体振荡器电路变化引起的频率变化。在高驱动水平下，非线性效应也会导致电阻增加。当晶体表面具有诸如划痕和微粒污染之类的缺陷时，晶体也会表现出异常高的起始电阻。在这种情况下，低驱动电平的电阻可以足够高，以使振荡器在通电时无法启动。电阻的驱动电平依赖性如图11所示。除了非线性效应之外，高驱动电平还会由于有源中的能量耗散引起的温度升高而导致频率变化。谐振器的区域。大约1kHz至500MHz的频率范围内可提供大声波（BAW）石英谐振器。表面声波（SAW）石英。
晶体电流（@安培）
图10.驱动电平对频率的依赖性
图11.晶体单元电阻的驱动电平依赖性
图12.石英谐振器的振动模式
谐振器的范围约为150MHz至1.5GHz。为了覆盖宽范围的频率，使用不同的切割-以各种模式振动。体波运动模式如图12所示.AT切割和SC切割晶体以厚度剪切模式振动。尽管所需的厚度剪切模式通常表现出最低的电阻，但即使是适当设计的晶体单元的模式光谱也表现出高于主模式的不需要的模式。不需要的模式，也称为sp~vio模式或杂散，在声表面滤波器中尤其麻烦，其中采用能量捕获规则来最大化对不需要的模式的抑制。这些规则指定某些电极几何形状以建立几何关系。在振荡器晶体中，通过提供足够大的板直径与电极直径比，或通过轮廓（即，在板的一侧或两侧上产生球形曲率），可以充分地抑制不需要的模式。
高于1MHz，贴片晶振通常使用AT切割。对于高精度应用，SC切割具有优于AT切割的重要优势.AT切割和SC切割晶体可以制造用于基本模式操作，频率高达约300MHz。（高于1GHz的单位是在实验基础上生产的。）高于100MHz，泛音单位在a。
通常使用选定的谐波振动模式，尽管可以通过化学抛光（蚀刻）技术制造高于100MHz的基模单元。低于1MHz，可以使用调谐叉，X-Y和NT条（弯曲模式），+5“X切割（拉伸模式），或CT切割和DT切割单元（面剪切模式）。由于体积小，成本低，调谐叉已经成为低频单元的主导类型。每年为全球手表市场和其他应用生产大量的音叉晶体（~10~）。这些调音叉必须小巧，低成本，坚固耐用，稳定（作为温度，时间和冲击的函数），并且必须允许较长的电池寿命。在32.768K晶振（215Hz）下工作的调谐叉满足要求。该频率是尺寸，功率要求（即电池寿命），稳定性和制造成本之间的折衷。例如，在模拟手表中，32.768KHz被除以15倍，产生每秒1脉冲的输出。这些脉冲驱动步进电机，每秒钟将秒针推进6英寸（即，圆的1/60）。
图13（a）石英的自然结构和晶轴;（b）音叉相对于晶体轴的方向;（c）音叉的弯曲振动模式。
SAW滤波器和石英晶体的应用范围相似，但并不完全相同，这两种电子零件可以同时出现在同一个电路板上，也可能只存在其中一个。但也有不少共同点，比较说滤波器和晶体的材料都具有压电效应，甚至是同一种材料制成的，滤波器的工作原理是将电波输入的信号转变成机械动能，作用是过滤多余的杂波和抗信号干扰；晶振同是把直流电转换为机械能，依靠自身的频率振荡特性带动其他电子元件工作。所以从功能作用上看，晶振的作用和用处似乎更胜一筹，所以市场的需求量，使用次数也比较多。
