標(biāo)題:
晶振的應(yīng)用范圍到底有多廣
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作者:
揚興晶振HXR
時間:
2015-6-26 18:20
標(biāo)題:
晶振的應(yīng)用范圍到底有多廣
石英晶體諧振器的開發(fā)和利用,拓寬了電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。高精尖電子設(shè)備中的振蕩器,幾乎都采用石英晶體振蕩器。石英晶體是硅石的一種。天然和人工制造的石英晶體都是六角椎體,具有各向異性的物理特性。按其自然形狀有三個對稱軸,電軸X,機械軸Y,光軸Z。石英晶體諧振器中的各種晶片,就是按與各軸不同角度,切割成正方形、長方形、圓形、或棒形薄片。不同切片的晶片振動形式不同,性能不同。為了把晶體切片接入電路,必須將晶片裝置在支架上,并引出接線,然后封裝在真空玻璃外殼或金屬外殼內(nèi)。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外晶體振蕩器性能越來越優(yōu)異,應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。其中在傳感器技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用就是一個典型的例子。在水平姿態(tài)傳感器領(lǐng)域中,雖然有電阻應(yīng)變式、半導(dǎo)體壓阻式、電容式、電磁式、光纖式、振弦式、硅諧振式以及石英諧振式等各種形式。但是數(shù)字式壓電石英水平傳感器以其精度高、響應(yīng)快、數(shù)字輸出、線性度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強,以及無活動部件和反饋回路等特點而成為現(xiàn)代傳感器發(fā)展中的重點。
在電子元器件中石英晶體振蕩器是最易碎的元件之一。這并不奇怪，因為振蕩器里的石英晶體諧振器是由一個很薄的結(jié)晶體組成的，就像一個大的圓空AT-cut晶體被金屬夾固定在一個金屬殼里。這種結(jié)構(gòu)不能耐受高出50～100 g太多的振動強度。這類晶體振蕩器非常適合大型臺式儀器和類似的設(shè)備，但不太適用于對高振動性要求很高的應(yīng)用領(lǐng)域，如掌上電腦和軍需設(shè)備。在這些設(shè)備中，加速度達到千個甚至萬個g。很明顯，一般的晶體結(jié)構(gòu)在此類應(yīng)用中是不合適的。
推動石英晶體和振蕩器結(jié)構(gòu)變化的動力來自對電子器件小型化的不斷追求。伴隨著照相機平版印刷的發(fā)展和加工石英晶體的化學(xué)工藝的進步，小型化邁出了關(guān)鍵的一步。這種新的處理工藝來自曾用于硅工業(yè)的一些技術(shù)，能夠精確地磨制出小于1mm尺寸的石英/晶體，并能精確到幾微米。在小型化進程中很重要的另一步是將晶體牢牢固定于一個粗糙機架的陶瓷封裝技術(shù)得到發(fā)展。由此，這種制造與構(gòu)造工藝成為了石英晶體小型化不成文的標(biāo)準(zhǔn)。
幸運的是，石英晶體振蕩器的小型化還帶來了額外的好處，那就是大大提高了它們沖擊與振動的耐受性。因為尺寸小，諧振器質(zhì)量較低，也因此對諧振器的力也較小。如果使用強安裝材料，諧振器就不會因為加速度太大掉下來，它會被牢牢固定在本來的位置上。進一步而言，由于它的小尺寸（短空白大小或短音叉齒）諧振器內(nèi)的剪力很小，諧振器能抵抗高振動而不被破壞。
小尺寸的另一個附加的好處是，諧振器的最低彎曲型頻率狀態(tài)可達幾千赫茲或更高。這種情形至少會帶來兩個好處。第一個，由于振動到來之前大約1mm或更長時間會出現(xiàn)振動，可作為類似靜電噪聲的脈沖處理。在任何指定時段內(nèi)的振動可大致看做一個固定的加速度，而這個加速度太小，所以不能激活晶體的彎曲模式。第二，這種彎曲型對頻率要求非常高，振動產(chǎn)生的頻率通常低于2kHz，所以不會被其所激活。
這在劇烈振動應(yīng)用環(huán)境和工業(yè)制造板取代刳刨工具時期非常重要。利用這種現(xiàn)代的制造與構(gòu)造，石英晶體諧振器不再是嬌嫩易碎的東西。如今很多的制造商都能提供耐千g機械振動力的晶體和振蕩器。即便如此，在大多數(shù)要求非常嚴(yán)格的應(yīng)用場合，普通的晶體和振蕩器并不合適，如軍用和導(dǎo)彈電子。因為這其中的振動能達到幾萬g。
要滿足這些方面的要求，光是諧振器的尺寸縮小并不夠，還必須將其按照受剪力最小原則安放。舉個例子，對高振動AT-cut晶體而言，第三點裝配法可用于將晶體空白的無電端設(shè)置為晶體包。用這種方法，晶體抗振動水平能上升至100 000g。同樣地，用這種晶體結(jié)合更先進的結(jié)構(gòu)工藝制造的振蕩器也能達到100 000g的抗振動性。
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