SMD型不可避免的小型化道路及其所帶來的優(yōu)勢
在小型化進(jìn)程中很重要的另一步是將晶體牢牢固定于一個粗糙機(jī)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)。
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(dá)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。
我們通常認(rèn)為在電子系統(tǒng)中,石英晶體振蕩器是最易碎的元件之一。這并不奇怪,因為石英振蕩器里的石英晶體諧振器是由一個很大的水晶結(jié)晶體組切片而成的,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(dá)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。
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。如今很多的晶振廠家都能提供耐千g機(jī)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(dá)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(jìn)的結(jié)構(gòu)工藝制造的振蕩器也能達(dá)到100 000g的抗振動性。
電子數(shù)碼產(chǎn)品高速的發(fā)展,告訴我們一個事實,大體積晶振的時代即將遠(yuǎn)去,現(xiàn)在晶振生產(chǎn)商大部分都已經(jīng)轉(zhuǎn)向小型化生產(chǎn)。
推動石英晶體和有源晶振結(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(jī)平版電腦的發(fā)展和加工石英晶體的化學(xué)工藝的進(jìn)步,小型化在80年代邁出了關(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。
設(shè)計耐強振動系統(tǒng)時,記住以下幾條箴言是非常有用的
對AT晶體而言,晶體在13~50MHz內(nèi)是最穩(wěn)固的,當(dāng)處在16~32MHz時最佳。
注意對超過千g級的振動,普通的晶體和振蕩器是不合適的,需要采用專為高振動應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的類型。
晶體/振蕩器(較小包內(nèi)發(fā)現(xiàn)的)中,小尺寸的比大尺寸的更穩(wěn)固。
如果已知振動是沿單一方向被采用,合理選擇石英晶體/OSC晶振的方位能大大提高系統(tǒng)穩(wěn)固性。
除了檢驗數(shù)據(jù)表上必要的說明,別忘了問清制造商供應(yīng)高振動設(shè)備的歷史。
音叉晶體(通常為10~600kHz)比擴(kuò)展型晶體(520kHz~2.5MHz)穩(wěn)固性更好。而AT-cut晶體(8MHz以上)是最穩(wěn)固的。
對音叉晶振和擴(kuò)展型晶體而言,晶體尺寸隨頻率減小而減小,穩(wěn)固性隨頻率增大而增強(對某一指定型晶體)。
壓電石英晶體在經(jīng)過幾十年的技術(shù)變遷,規(guī)格體積從大變小已經(jīng)是一個不爭的事實了,體積從10.4X10mm,到今天的1.2X2mm,不管是大還是小都有它的輝煌歷史。體積大小的晶振其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理還是沒太大的改變大有大的優(yōu)勢,小有小的好處。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,晶體諧振器質(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(jìn)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,能抵抗高振動而不被破壞。
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