每個(gè)傳感器上面都含有一顆貼片晶振,IC,電容等元器件,而就算是一輛比較普通的家用汽車都會(huì)在其上面安裝幾十只傳感器,豪華一點(diǎn)的上面更是有幾百只,這就可以計(jì)算出只是在傳感器上面附帶的晶振就有這么多了,況且還有像是控制器和執(zhí)行器等地方也需要用到石英晶振,現(xiàn)在就能夠體現(xiàn)出,當(dāng)一輛汽車完成生產(chǎn)時(shí)所消耗的石英晶體諧振器將會(huì)達(dá)到何種數(shù)量了.

石英晶體振蕩器采用波源基波振蕩方式，結(jié)構(gòu)簡潔，耗電量受益于此而最少。與此相對，受復(fù)雜電路的影響，全硅MEMS振蕩器①的電流消耗為7.1mA；在“相位噪音與相位抖動(dòng)”之項(xiàng)中已說明的具有良好的相位噪音特性的全硅MEMS振蕩器②竟然達(dá)到了31.5mA。由此，需要在相位噪音的改良與維持低耗電量之間做出權(quán)衡，使用振蕩器構(gòu)建設(shè)備系統(tǒng)之際應(yīng)當(dāng)十分注意。

32.768K不僅是晶振頻率更是時(shí)鐘頻率，在任何一個(gè)需要時(shí)鐘的電子產(chǎn)品中必定需要32.768K晶振的存在，而32.768K也從圓柱晶體發(fā)展到了貼片晶體，從無源石英晶體諧振器衍生到了有源石英晶體振蕩器，從前的32.768K必定是無源石英晶振,今天的32.768K有源晶振不在是神話。那為什么我們要對一個(gè)小小的時(shí)鐘頻率花費(fèi)這樣多的心思，對它研究來探索去的呢？無源32.768K到底缺少些什么，致使它無法一如既往的滿足時(shí)代科技發(fā)展要求的，直接推動(dòng)了32.768K石英晶體振蕩器的出現(xiàn)呢？

固體可以分為結(jié)晶體(晶體)與非結(jié)晶體(非晶體)兩大類。晶體中有外形高度對稱的單晶體(如石英晶體)和由許多微細(xì)晶體組成的多晶體(如各種金屬)。晶體的主要特性是原子和分子的有規(guī)則排列,這種排列反映在宏觀上是外形的對稱性,而非晶體就不具備這種特性,例如石英玻璃,它的成份與石英晶振晶體一樣是SiO2,但不屬于晶體。

石英晶體可以是天然的,也可以由人工培養(yǎng)。晶態(tài)物質(zhì)在適當(dāng)條件下,能自發(fā)地發(fā)展成為一個(gè)凸多面體形的單晶體。圍成這樣一個(gè)多面體的面稱為晶面;晶面的交線稱為晶棱;晶棱的會(huì)集點(diǎn)稱為頂點(diǎn)。發(fā)育良好的單晶體,外形上最顯著的特征是晶面有規(guī)則的配置,屬于同一品種的晶體,兩個(gè)對應(yīng)晶面(或晶棱)間的夾角恒定不變。圖1.1.1給出了理想石英晶體的外形。石英晶振晶體的晶面共30個(gè),分為五組,六個(gè)m面(柱面),六個(gè)R面(大棱面),六個(gè)r面(小棱面)六個(gè)s面(三方雙錐面),六個(gè)x面(三方偏方面),相鄰m面的夾角為60°相鄰m面和R面的夾角與相鄰m面和r面的夾角都等于38°13,相鄰s面與x面的夾角等于25°57。由于外界條件能使某一個(gè)或某一組晶面相對地變小或完全隱沒,所以實(shí)際見到的石英晶體很少如圖1.1.1所示,就是人造石英晶體的外形也只是接近理想情況.

(a)右旋石英晶體 (b)左旋石英晶體

圖1.1.1石英晶體的理想外形

晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)律性,造成了它在外形上的對稱性。例如:晶體可以有對稱軸、對稱中心、對稱面等對稱元素。石英晶體存在一個(gè)三次對稱軸(或三次軸即晶體繞該軸旋360°3后能夠復(fù)原)和三個(gè)互成120°的二次軸,如圖1.1.2中的a、b、d軸

圖1.1.2石英晶體的對稱軸和直角坐標(biāo)系

在結(jié)晶學(xué)中,晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以概括為是由一些“點(diǎn)子”在空間有規(guī)則地作周期的無限分布:“點(diǎn)子”代表原子、離子、分子或其集團(tuán)的重心。這些“點(diǎn)子”的總體稱為點(diǎn)陣,構(gòu)成石英晶體的是二氧化硅分子,而二氧化硅分子的重心又正好與硅離子重合,因此硅離子的點(diǎn)陣就可以反映出石英晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

石英晶體的各層硅離子若按右手螺旋規(guī)則分布,則稱為右旋石英晶體;若按左手螺旋規(guī)則分布,稱為左旋石英晶體。從外形上看,右旋石英晶體振蕩器,石英晶體的s面在R面的右下方或m面的左上方,左旋石英晶體的s面在R面的左下方或m面的右上方(見圖1.1.1),它們互為鏡象對稱。

晶體物理性質(zhì)的各向異性和晶體外形的對稱性有關(guān),因此討論石英晶體的物理性質(zhì)時(shí),采用為圖1.1.2所示的直角坐標(biāo)系較為方便。選c軸為z軸,a(或b、d)軸為x軸,與x軸、z軸垂直的軸為y軸。其指向按1949年IRE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對左、右旋石英晶體均采用右手直角坐標(biāo)系。

其實(shí)不止我冠杰電子生產(chǎn)的晶振以32.768K時(shí)鐘晶振比較突出，我司代理的全球知名晶振廠家中也有非常多是憑借32.768K晶振聞名世界的，比如日本四大品牌生產(chǎn)商每一家的32.768K表晶品質(zhì)都是全球認(rèn)可的，它們當(dāng)中精工晶振和西鐵城晶振本身就有石英鐘表業(yè)務(wù)，因此這兩家的32.768K圓柱晶振PPM可以高達(dá)+-5ppm。還有全球晶振生產(chǎn)廠商排名NO.1的EPSON愛普生晶振也是，手機(jī)專用32.678K貼片晶振MC-146就是出自這個(gè)品牌，而大真空KDS晶振作為我國進(jìn)口晶振市場的一霸可以說大家對他所有的32.768K晶振已經(jīng)了如指掌了。

在外力作用下,物體的大小和形狀都要發(fā)生變化,通常稱之為形變。如果外力撤消后,物體能恢復(fù)原狀,則這種性質(zhì)稱為物體的彈性;如果外力撤消后,物體不能恢復(fù)原狀,則這種性質(zhì)就稱為物體的塑性。自然界既不存在完全彈性的物體,也不存在完全塑性的物體。對于任何物體,當(dāng)外力小時(shí),形變也小,外力撤消后,物體可完全復(fù)原;當(dāng)外力大時(shí),形變也大。若外力過大,形變超過一定限度,物體就不會(huì)復(fù)原了。這就說明,物體有一定的彈性限度,超過這個(gè)限度就變成塑性。與壓電有關(guān)的問題,都屬于彈性限度范圍內(nèi)的問題。因此,這里僅討論石英晶振晶體的彈性性質(zhì)。

一、應(yīng)力

選兩根長度相等,粗細(xì)不同的橡皮繩,當(dāng)這兩根橡皮繩受到相同的拉力作用時(shí),顯然,細(xì)橡皮繩比粗橡皮繩拉得長一些。為什么在相同的外力作用下,它們的伸長量不一樣呢?這是因?yàn)閮筛鹌だK的粗細(xì)不一樣,也就是橫截面的大小不樣。由此可見,在拉力的作用下,物體的伸長量不僅與力的大小有關(guān),而且還與石英晶振,貼片晶振等物體的橫截面的大小有關(guān)。為了計(jì)入橫截面大小的影響,引入單位面積的作用力(即應(yīng)力)這個(gè)概念,它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中,T為應(yīng)力,F為作用力,A為橫截面(即力的作用面積)。通常規(guī)定作用力為拉力時(shí),T>0,作用力為壓力時(shí),T<0。

二、應(yīng)變

選擇兩根長度不等,但粗細(xì)相同的橡皮繩,當(dāng)這兩根橡皮繩受到相同的拉力作用時(shí),它們的應(yīng)力相同,而伸長量不同,即長橡皮繩比短橡皮繩拉得長一些。由此可見,石英晶體振蕩器,石英晶振,物體的伸長量不僅與應(yīng)力有關(guān),而且還與原來的長度有關(guān)。為了計(jì)入長度的影響,引入單位長度的伸長量(即應(yīng)變)這個(gè)概念。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中,S為應(yīng)變,l為原長,△l為伸長量,△l為單位長度的伸長量(或相對伸長量)。

三、正應(yīng)力與正應(yīng)變

如圖2.2.1(a)所示的小方片,當(dāng)它受到x方向的應(yīng)力作用時(shí),除在x方向產(chǎn)生伸長外,同時(shí)在y方向也產(chǎn)生收縮,如圖2.2.1(b)所示。同樣,當(dāng)小方片受到y方向的應(yīng)力作用時(shí),除了在y方向產(chǎn)生伸長外,同時(shí)在x方向也產(chǎn)生收縮.如圖2.2.1(c)所示。上述

 (a)未受力情況(b)沿x方向受力時(shí)的形變情況(c)沿y方向受力時(shí)的形變情況

圖2.2.1小方片應(yīng)力、應(yīng)變示意圖

沿x方向應(yīng)力和y方向應(yīng)力的特點(diǎn)是,石英晶振力的方向與作用面垂直(或力的方向與作用面的法線方向平行)。為了反應(yīng)這兩個(gè)方向在應(yīng)力符號(hào)上要附加兩個(gè)足標(biāo),例如Tx和Ty。應(yīng)力的第一個(gè)足標(biāo)表示力的方向,第二個(gè)足標(biāo)表示作用面的法線方向。同理,石英貼片晶振應(yīng)變也有兩個(gè)足標(biāo),例如Sx和Sy應(yīng)變的第一個(gè)足標(biāo)表示原長度的方向,第二個(gè)足標(biāo)表示伸長量的方向,Tx、Ty又稱正應(yīng)力(或伸縮應(yīng)力),Sx、Sy又稱為正應(yīng)變(或伸縮應(yīng)變)為了簡便,通常將足標(biāo)中的(x,y,z)用(1,2,3)表示,而且將雙足標(biāo)簡化為單足標(biāo),雙足標(biāo)與單足標(biāo)的關(guān)系如表2.2.1所示。

四、切應(yīng)力與切應(yīng)變

形變前為一正方形的薄片,在形變后變?yōu)榱庑?/span>,這樣的形變稱為切變,如圖22.2所示。從圖中看出,切變的特點(diǎn)是形變前、后四個(gè)邊之間的夾角發(fā)生了變化,一個(gè)對角線被拉長,另一個(gè)對角線被壓縮。而且角度6xy和eyx的變化越大,切變越大。因此切應(yīng)變與這兩個(gè)角度之間的關(guān)系為：

顯然,S6這種切應(yīng)變,在如圖2.2.3所示的兩對應(yīng)力(Tyx,Tyx和Txy,Tyx)的作用下產(chǎn)生的,而這兩對應(yīng)力稱為切應(yīng)力。石英晶振切應(yīng)力的特點(diǎn)是:力的方向與作用面平行,它可以使物體產(chǎn)生切變,而不能使物體產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng),故有:

Tyx= Txy = T21 = T12 =T6