无源晶体振荡器的电器参数

图1是一款32.768kHz的无源晶体振荡器的电器参数。本篇将为大家解读各个参数的含义。

图1 一款32.768kHz晶体的电器参数

图2、石英晶体等效电路

1、一般频率(Nominal Frequency)

指晶体谐振基频频点，我们选择32.768kHz的晶体，它的基频频点就是32.768kHz。

2、振荡模式(Oscillation Mode)

一般分为基频(FUNDAMENTAL MODE)和泛音(OVERTONE MODE)两种振荡方式。晶片越薄，振荡频率就越高。由于工艺的限制和晶片破裂的风险，晶片不能无限的薄。为了达到高频，上百mhz的晶体一般采用泛音晶体。20mhz基频的晶片，经过五次泛音就可达到100mhz。泛音晶体需要电感和电容的配合才可以得到理想的频率; 若不加,则会输出基频。

3、负载电容(Load Capacitance)

负载电容是选购晶体必选的参数之一。晶体的频率会根据串联的电容电抗而改变。在串联谐振型电路中，不需要负载电容。CL值大，远端相位噪声好。如果过大，则会难调整到标称频率，不易起振。CL值小，近端相位噪声好，容易调整频率，容易起振

4、频率公差(Frequency Tolerance)

常温25℃下，一定的负载电容的晶体频率公差，加工误差。一般频差调整为±5ppm ~ ±30ppm。

5、等效串联电阻(Equivalent Series Resistance)

又叫做谐振电阻，简称为ESR, 表征能耗，与Q值成反比。Q值是由生长的水晶料品质决定的，Q值越高，固有频率则越稳定。小型化尺寸晶体的谐振电阻会增大，负载电容会降低。

6、驱动功率(Drive Level)

晶体的驱动/激励功率是指晶体正常振荡时最大的消耗功率，一般是以微瓦(uw)表示。振荡电路必须提供足够的驱动功率来补偿晶体在共振时的机械能损失。振荡电路若提供过高的激励功率, 会使晶体的非线性特性变化, 进而可能造成振荡频率FL不稳定及等效阻抗ESR的过度变化。

晶体的规格书中一般会给出激励功率的最大值，如10uw。这并不是说晶体能承受的最大激励功率是10uw，而是晶体最大只需要10uw的激励功率就能维持正常振荡工作了，晶体可以承受比10uw大的多的激励功率。

根据协议标准，晶体能够承受的激励功率在1mw之内，在设计晶振电路时，应检查IC的激励功率，若IC的激励功率大于1mw，则电路中需要增加限流电阻；若小于1mw，则不需要加限流电阻。现在IC的激励功率也是越做越小，一般都不会大于1mw。

7、斜率(Parabolic Coefficient)

由于其独特的形状，音叉晶体不能在较宽的温度范围内提供较高的精度。它们的温度精度可以绘制为温度的抛物线曲线。这个精度通常是±20ppm在室温或大约+25°C。这相当于每天增加或减少1.7秒的时间，或每年10.34分钟。图1显示了在极高温和极低温下精度的下降。在这些温度下的典型精度远远低于±150ppm，这相当于每天损失近13.0秒的时间，或每年约1.3小时。32.768 kHz音叉晶体的常见抛物系数为0.04 ppm/°C2。

8、动作温度(Operating Temperature)

工作温度范围。

9、储存温度(Storage Temperature)

物料存储温度范围。

10、年老化率(Aging/Year)

频率随着时间的定向漂移，也称为老化。老化在学术界被认为是‘质量迁移’和‘应力驰豫’这两个原因产生的。

11、绝缘阻抗(Insulation Resistance)

晶体的两焊接端之间的电阻。

12、并联电容(Shunt Capacitance)

晶体两引脚之间的电容，是以水晶为介质，由两个金属电极形成的电容，和晶片电极面积(或晶体体积）大小和频率大小正比

13、动态电容(Motional Capacitance)

等效电路中动态臂里的电容。它的大小主要取决于电极面积，另外还和晶片平行度、微调量的大小有关。

14、品质因素(Quality Factor)

即Q值是晶振的一个很重要的电气参数，它与晶体振荡器的频率稳定性有着密切的关系。对于石英晶体，品质因数Q是很重要的一个参数。Q值越高，表示晶体损耗小，晶体工作稳定，则频率稳定性越好。晶体的品质因数通常都很高，在几十万甚至几百万以上。

石英晶体的品质因数是由它的动态参数决定的，在其等效电路中可以清楚地看到：

R1 、C1、 L1是与石英晶体谐振器有关的参数，而C0则与石英晶体谐振器频率没有关系。

晶振谐振回路的品质因数的定义：Q=

 

由上式推导出品质因数Q: Q=

 

R1代表回路损耗，R1越小损耗越小，Q值越高，反之R1越大，Q值越低。若把它作为一个自由振荡回路，则可说明回路维持等幅振荡的情况，Q值高时振荡衰减减慢，Q值低时振荡衰减快。