为什么32.768kHz的晶振封装这么另类?

当电路投板之后,准备采购元器件的时候,傻眼了。根本就买不着FC135封装的25MHz的晶振。于是调试电路的老同志仰天长啸。

为什么有些封装只有32.768kHz的频率的晶体才有呢?

首先,我们看一张长图来对比:

我们可以看到32.768kHz的晶体的封装与其他频率的封装几乎没有交集。

那么,有经验的朋友有没有发现,两列晶振的规律呢?

从身材比例来说,右边的32.768的封装有点像姚明,瘦高型;左边普通晶体的身材像曾志伟,矮胖型。

那么为什么会有这样的现象呢?是32.768kHz的晶体有什么特殊之处?

1、晶振的基本原理

振荡器是一种能量转换器,石英谐振器是利用石英晶体谐振器决定工作频率,与LC谐振回路相比,它具有很高的标准性和极高的品质因数,,具有较高的频率稳定度,采用高精度和稳频措施后,石英晶体振荡器可以达到10-4~10-11稳定度。

基本性能主要是起振荡作用,可利用其对某频率具有的响应作用,用来滤波、选频网络等,石英谐振器相当于RLC振荡电路。

石英晶体俗称水晶,是一种化学成分为二氧化硅(SiO2)的六角锥形结晶体,比较坚硬。它有三个相互垂直的轴,且各向异性:纵向Z轴称为光轴,经过六棱柱棱线并垂直于Z轴的X轴称为电轴,与X轴和Z轴同时垂直的Y轴(垂直于棱面)称为机械轴。

石英晶体之所以可以作为谐振器,是由于它具有正(机械能→电能)、反(电能→机械能)压电效应。

沿石英晶片的电轴或机械轴施加压力,则在晶片的电轴两面三刀个表面产生正、负电荷,呈现出电压,其大小与所加力产生的形变成正比;若施加张力,则产生反向电压,这种现象称为正电效应。

当沿石英晶片的电轴方向加电场,则晶片在电轴和机械轴方向将延伸或压缩,发生形变,这种现象称为反压电效应。因此,在晶体两面三刀端加上交流电压时,晶片会随电压的变化产生机械振动,机械振动又会在晶片内表面产生交变电荷。由于晶体是有弹性的固体,对于某一振动方式,有一个固有的机械谐振频率。当外加交流电压等于晶片的固有机械谐振频率时,晶片的机械振动幅度最大,流过晶片的电流最大,产生了共振现象。石英晶片的共振具有多谐性晶振,即除可以基频共振外,还可以谐频共振,通常把利用晶片的基频共振的谐振器,利用晶片谐频共振的谐振器称为泛音谐振器,一般能利用的是3、5、7之类的奇次泛音。晶片的振动频率与厚度成反比,工作频率越高,要求晶片越薄(尺寸越大,频率越低)晶振,这样的晶片其机械强度就越差,加工越困难,而且容易振碎,因此在工作频率较高时常采用泛音晶体。一般地,在工作频率小于20MHZ时采用基频晶体,在工作频率大于20MHZ时采用泛音晶体。

石英晶体振荡器是利用石英晶体(二氧化硅的结晶体)的压电效应制成的一种谐振器件,它的基本构成大致是:从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片(简称为晶片,它可以是正方形、矩形或圆形等),在它的两个对应面上涂敷银层作为电极,在每个电极上各焊一根引线接到管脚上,再加上封装外壳就构成了石英晶体谐振器,简称为石英晶体或晶体、晶振。其产品一般用金属外壳封装,也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。

晶振的主要参数有标称频率,负载电容、频率精度、频率稳定度等。不同的晶振标称频率不同,标称频率大都标明在晶振外壳上。

如常用普通晶振标称频率有:48kHz、500 kHz、503.5 kHz、1MHz~40.50 MHz等,对于特殊要求的晶振频率可达到1000 MHz以上,也有的没有标称频率,如CRB、ZTB、Ja等系列。负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及外部所有有效电容之和,可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。

标称频率相同的晶振,负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率,一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振:另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以,标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至,不能冒然互换,否则会造成电器工作不正常。频率精度和频率稳定度:由于普通晶振的性能基本都能达到一般电器的要求,对于高档设备还需要有一定的频率精度和频率稳定度。频率精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。稳定度从±1到±100ppm不等。这要根据具体的设备需要而选择合适的晶振,如通信网络,无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶体振荡器。因此,晶振的参数决定了晶振的品质和性能。在实际应用中要根据具体要求选择适当的晶振,因不同性能的晶振其价格不同,要求越高价格也越贵,一般选择只要满足要求即可。


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