技術(shù)知識：硅頻率控制器(SFC)-晶體替代市場的寵兒

引言

晶體的主要組成部分是二氧化硅，俗稱石英。石英具有非凡的機械和壓電特性，使得從19世紀40年代中期以來一直作為基本的時鐘器件。如今，只要需要時鐘的地方，工程師首先想到的就是晶體，但是隨著應(yīng)用的不斷深入，晶體的一些固有的缺陷也隨之暴露出來。如今新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，并帶來很大的變化。

晶體的特點及參數(shù)

封裝

晶體的封裝如圖1所示，有三部分組成：金屬上蓋，帶有電極的石英片和陶瓷底座。一般來說，還需要向密封殼內(nèi)充氮氣。

圖1 晶體封裝圖

現(xiàn)在幾乎所有的陶瓷密封裝都是由三家日本公司提供，但是由于日本地震和海嘯，產(chǎn)量嚴重受影響。今后很長一段時間將難以滿足市場需求。

石英材料

石英以其固有的壓電特性成為晶體中的主要部分。但是它必須經(jīng)過切割打磨才能使用，由于其厚度非常薄，雖然采取了保護措施，但是其抗震性一直是大家所擔(dān)心的。

精度

所謂精度就是實際的時鐘頻率偏離標準時鐘頻率的程度。用公式表示為：

Error (PPM) = (Factual-Ftarget) / Ftarget * 10E6

Error：精度

Factual：實際頻率

Ftarget：標準頻率

PPM：百萬分之一

在晶體的應(yīng)用中，有這幾個方面需要考慮：

頻率公差：就是在通常的環(huán)境溫度下(25°C+/-5°C)實際頻率偏離標準頻率的值。

頻率溫度特征：就是在整個溫度變化范圍內(nèi)，實際頻率偏離標準頻率的值。現(xiàn)在通常有三種溫度范圍：0°C--70°C，-20°C--70°C和-40°C--85°C。

老化：晶體的內(nèi)部特性隨著時間的推移發(fā)生變化引起的頻率的偏差，稱為晶體的老化。一般來說，第一年晶體的精度受老化的影響為5PPM，以后每年大約為1-3PPM。如果一個產(chǎn)品的設(shè)計生命周期為10年，則老化帶來的頻率精度變化最高可達32PPM。負載電容精度變化引起頻率的變化：這個因素往往容易被忽視。在晶體的應(yīng)用中有兩種工作模式，串行振蕩模式和并行振蕩模式。由于并行模式設(shè)計靈活并且有很高的輸出精度，現(xiàn)在已成為市場主流。圖2是并行振蕩模式的等效電路圖：

圖2 并行振蕩模式等效電路圖

R1：動態(tài)阻抗

C1：動態(tài)電容

L1：動態(tài)電感

C0：靜態(tài)電容

CL：負載電容

并行