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世界上各種電子元件都需要電子元件來(lái)提供基準(zhǔn)信號(hào)和功能,這是不變的定律,當(dāng)然這也是為什么電子元件制造商層出不窮的原因,并且這是一個(gè)永不會(huì)的被淘汰的行業(yè),至少對(duì)于現(xiàn)在來(lái)說(shuō)是比較吃香的行業(yè).
各種電子設(shè)備需要基準(zhǔn)信號(hào)。為獲得基準(zhǔn)信號(hào)可以使用石英晶體振蕩器，也可以通過(guò)其它元器件，例如LC振蕩器、CR振蕩器、陶瓷振蕩器或全硅MEMS振蕩器等。LC振蕩器利用電感（L）和電容（C）組合后產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象起振頻率；CR振蕩器使用電容（C）和電阻（R）所構(gòu)成的充放電電路起振基準(zhǔn)頻率；陶瓷振蕩器則使用以鋯鈦酸鉛（PZT）為主要材料的壓電陶瓷；而全硅MEMS振蕩器則是應(yīng)用了MEMS（Micro ElectroMechanical Systems，微機(jī)電系統(tǒng)）加工技術(shù)的硅基振蕩器。從以上列舉的多種類型的振蕩器中選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)基于用途進(jìn)行。
通常用于微機(jī)時(shí)鐘信號(hào)等情況時(shí)，其頻率較低且頻率精度要求也不太高，所以經(jīng)常使用具有低價(jià)特征的陶瓷振蕩器。陶瓷振蕩子的振蕩頻率約為200kHz-100MHz，室溫條件下的頻率公差一般在0.1%-0.5%左右。它雖然具有價(jià)格低廉之優(yōu)勢(shì)，但振蕩頻率隨溫度的變化大，且精度低，綜合性的頻率穩(wěn)定度約為±1.1%。無(wú)線通信設(shè)備等要求振蕩器具有高頻和高頻率精度的特征，在這些用途方面大多使用石英晶體振蕩器。
近年來(lái)，硅基振蕩器（全硅MEMS振蕩器）等的性能也有所提高。但是，種類各異的振蕩器因其起振方式的不同而在性能方面存在著根本性的差異。本篇就不同類型的振蕩器的特征進(jìn)行解說(shuō)。
振蕩單元和諧振單元的比較
產(chǎn)生基準(zhǔn)信號(hào)的振蕩器中使用的振蕩單元和諧振單元有很多種類，例如利用對(duì)壓電晶體施加電壓而產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力的現(xiàn)象（逆壓電效應(yīng)）的壓電驅(qū)動(dòng)型，或者利用施加高電壓時(shí)產(chǎn)生的靜電的靜電驅(qū)動(dòng)型等。振蕩單元和諧振單元的特性與其使用的材料、結(jié)晶或電路性質(zhì)有著密切的關(guān)系。
愛(ài)普生所提供的是石英晶振部件。《序文》中已經(jīng)提到存在著各種類型的振蕩單元和諧振單元。表 1 匯總了一般特征。我們將在下文中說(shuō)明各自特征。
表 1：各類振蕩單元、諧振單元特性比較】
【1-1】 LC 諧振單元
LC 諧振單元的諧振電路名副其實(shí)由電感（L）和電容（C）組成。它比較適用于需要較高頻率和較寬頻率可變范圍的用途。與此相反，它的精度和穩(wěn)定度并不出色。
而且，它在低頻條件下需增大電感才能滿足諧振條件，導(dǎo)致不得不使用較大的線圈，因此不適于小型化。如果需要小型化，也可以改為不使用電感的 CR 諧振電路，但這又引發(fā)了難以應(yīng)對(duì)高頻的問(wèn)題。
【1-2】陶瓷諧振單元
《序文》中介紹的陶瓷諧振器單元使用的是以鋯鈦酸鉛（PZT）為主要材料燒結(jié)而成的壓電陶瓷。它的精度優(yōu)于 LC 振蕩器，但初始頻率公差較大（約±0.5%），所以經(jīng)常被用于頻率較低且頻率精度要求并不太高的應(yīng)用領(lǐng)域。
它的溫度特性隨陶瓷燒結(jié)材料的成份組合而變，因此能夠靈活應(yīng)對(duì)。相反，材料組合成份的微小誤差或生產(chǎn)工
藝中的差異將導(dǎo)致產(chǎn)品特性不均，由此被認(rèn)為極難保證產(chǎn)品均一性。
陶瓷諧振單元的特征中尤為突出的是上升時(shí)間快。雖然上升時(shí)間將受振蕩電路中的元器件的影響，但一般情況下，當(dāng)頻率越高、負(fù)載電容越小且諧振單元的 Q 值越低時(shí)，起振速度越快。如表 1 所示，陶瓷諧振單元的 Q值與石英和硅相比較低，因此它在上升時(shí)間方面相對(duì)有利。基于上述因素，陶瓷諧振器多用于不太注重精度，但要求上升時(shí)間快的應(yīng)用領(lǐng)域。
【1-3】硅諧振單元
硅諧振器使用單晶硅，這種材料的Q值比陶瓷的要好，但比水晶的要差。在制造過(guò)程中使用半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)對(duì)晶圓進(jìn)行一次性處理，從而能夠生產(chǎn)廉價(jià)、小型的產(chǎn)品。與此相對(duì)，生產(chǎn)效率好反而妨礙了對(duì)每只諧振單元的調(diào)節(jié)，致使生產(chǎn)工藝中的微小差異直接影響初始頻率公差。在目前情況下，每只諧振單元頻率精度依靠補(bǔ)償電路進(jìn)行一定程度的調(diào)整。
而且，單晶硅所具有的溫度特性在-20 至-30ppm/℃的范圍內(nèi)呈線形，變化量隨溫度而增因此，市場(chǎng)上供應(yīng)的是進(jìn)行了溫度補(bǔ)償并達(dá)到了一定精度的全硅 MEMS 振蕩器。
【1-4】石英晶體振蕩器單元
最后所述的石英晶體振蕩器單元將石英（SiO2）作為材料。由于石英的結(jié)晶性高，因此它具有 Q 值高、特性阻抗好的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)樗歉飨虍愋跃w，可以通過(guò)切割方法而獲得在常溫范圍內(nèi)有拐點(diǎn)的呈三次曲線的溫度特性。這表示它在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。
而且，對(duì)每只振蕩單元的頻率調(diào)整可通過(guò)改良生產(chǎn)工藝而實(shí)現(xiàn)，從而使初始頻率公差也達(dá)到幾 ppm（百萬(wàn)分之一）程度的高精度，被廣泛地應(yīng)用于無(wú)線通信設(shè)備等要求高精度的領(lǐng)域。只從振蕩單元來(lái)看，可被譽(yù)為具有極高精度的部品。
綜上所述，我們?cè)跊Q定使用的振蕩器時(shí)應(yīng)當(dāng)根據(jù)各類型的特征而選擇符合用途的產(chǎn)品。在下一章中，我們將說(shuō)明使用硅諧振單元的振蕩器（全硅MEMS晶振）與使用石英晶體振蕩單元的振蕩器的區(qū)別。
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