石英晶体小型化后对电路使用的影响及解决办法

随时产品智能化和便捷程度要求越来越高，对所有电子元器件的体积也就要求越来越小，当产品变小后，产品本身的指标也会跟着发生变化，对于石英晶振来说，体积变小，某些关键参数也会发生趋势性变化，变化随之也会带来使用上的问题，某些变化可以通过设备的升级得以改善甚至变得更好，比如常温频差，采用最先进的自动化生产线，就会比老旧的设备合格率更好，频率一致更棒。但是也有些参数，比如由于体积变小，要用制造小尺寸的压控晶体振荡器，基本上就不能实现，因为晶片变小了，晶体的频率牵引度就变小了，调频范围就达不到设计要求，产品就不实用；还有就是某些指标因体积变小了，其值发生了变化，对晶振的使用就提出了不一样的要求，该电路在大尺寸的晶振时可以使用，改换为小尺寸晶振，晶振却不工作了，比如晶振的等效阻抗R，相同频点的晶体，晶体尺寸越小，电阻值就越大，所以就对电路的使用提出了新的要求。下面我们来重点分析当晶振阻抗增大后都可以采取何种措施。

如将晶体单元的谐振状态置换成电气电路，可以得到如图所示的晶体振荡单元的等效电路，R值相当于等效电路中的R1，通常将晶体振荡单元小型化时，R值会变大，这时，晶体振荡单元的CI值对振荡电路的影响及对策如下文所述：

当R值较大时起振或停止电压会变高，会出现即使增加电压也难以起振，电压稍下降振荡就会变得不稳定或者停止振荡的现象。而且R值是晶体振荡单元单体中的谐振频率的等效阻抗，对振荡的不稳定或不振荡产生影响的、决定振荡裕度的重要参数之一。

解决办法 ：

首先，需要确保衡量振荡电路能否稳定振荡的尺度（振荡裕度）在5倍以上。这项振荡裕度可用上图的振荡电路的负阻抗除以晶体振荡单元的等效串联阻抗（R）的最大值来表示。

当振荡裕度不足时，将出现如上所述的延迟起振时间或起振电压变高的故障。而且，当振荡裕度明显不足时，振荡将陷入不稳定或不起振的状态。

为了提高振荡裕度，以下几种方法较为有效：

1. 增加振荡电路电流。此方法改善负阻抗的方法较为有效，根据下图所示的振荡电路部分功耗与负阻抗之间的关系，可使用增加振荡部电流的方法来解决，但这种方法存在增加耗电量的缺点。

2. 使用CI值较小的石英晶体也可以改善振荡裕度，但如上所述，通常晶体振荡单元的小型化将使R值变大，如果挑选使用，势必会增加使用成本。

3. 通常负阻抗还跟振荡电路的匹配电容相关，匹配电容越大，电路负阻抗越小，所以如果能减小匹配电容的可以改善问题的话，首先是降低外围电路的匹配电容，否则就只能采用前面两种方法。

综上所述，石英晶体的小型化，推动了智能穿戴等便捷式产品的发展，同时也对晶振本身和产品的使用提出了更高的要求。