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176 6539 4502
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所謂晶體切型，就是對(duì)晶體坐標(biāo)軸某種取向的切割。石英晶片的切型有很多種，不同的切型其物理性質(zhì)不同，切面的方向與主軸的夾角對(duì)其性能有重要影響，比如：頻率穩(wěn)定性，活性水平，Q值，溫度系數(shù)等。
水晶振動(dòng)子的各種切斷角度
在為射頻電路設(shè)計(jì)或其他應(yīng)用定義特定晶體的規(guī)格時(shí)，通常需要定義切割的石英晶體。出現(xiàn)包括AT-cut，CT-cut和SC-cut在內(nèi)的術(shù)語(yǔ)，選擇正確的切割可能會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。
水晶切割基本知識(shí)
石英晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但所有晶體都相同。相對(duì)于空白晶體的x，y和z軸，有無(wú)數(shù)種切割方法。
天然石英晶體
石英晶體像其他壓電材料一樣是各向異性的。這意味著它的許多特性(包括機(jī)械，電和光學(xué)特性)都取決于主軸。
因此，將石英坯料從主軸晶體切割的方式的角度限定了最終石英晶體諧振器的許多特性。主模式的彎曲模式，溫度系數(shù)，老化特性，頻率穩(wěn)定性，Q值等。
所謂的各種“切割”具有不同的名稱，其中一些在某些應(yīng)用程序中很流行，另一些在其他應(yīng)用程序中則廣泛使用。隨著幾年來(lái)新措施的出臺(tái)，一些削減措施也被淘汰了。
石英晶體的結(jié)構(gòu)顯示出不同的軸和面
一些基本切割包括沿軸的切割。然后根據(jù)切口垂直的平面標(biāo)記切口。
這些削減如今已很少使用，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)其他削減可為現(xiàn)代應(yīng)用程序提供更好的性能水平。
X，Y和Z晶體切割
在用于當(dāng)今的RF和時(shí)鐘應(yīng)用的削減中，AT，BT和SC削減是最重要的。
石英晶體切割的發(fā)展
石英晶體在1920年代和1930年代初期被廣泛用于發(fā)射器。與使用LC振蕩器相比，它們?cè)诜€(wěn)定性上有顯著改善。即使優(yōu)化了LC振蕩器的穩(wěn)定性，石英晶體也明顯更好。
在1920年代后期，美國(guó)，德國(guó)和日本的許多小組發(fā)現(xiàn)，在早期使用廣泛的Y切溫度系數(shù)可以顯著提高，甚至在某個(gè)溫度下甚至可以變?yōu)榱恪?/span>
為了開(kāi)發(fā)這些電子組件，我們進(jìn)行了大量研究，鑒于與我們今天擁有的功能相比，其功能有限，因此需要花費(fèi)一些時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)它們。
1934年，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的拉克和威拉德開(kāi)發(fā)了AT切割晶體，并在1934年7月的《貝爾實(shí)驗(yàn)室雜志》上發(fā)表了一篇論文：“石英晶體電路元件的soem改進(jìn)”。
他們的另一項(xiàng)發(fā)展是BT切割晶體，它也具有許多良好的性能，但并未得到廣泛使用。
迄今為止，AT切割石英晶體是使用最廣泛的類型，盡管SC切割石英晶體是在1970年代開(kāi)始出現(xiàn)的，用于晶體烤箱等。它是1974年由Holland博士首先提出的。1975年，美國(guó)陸軍信號(hào)兵團(tuán)的E.EerNisse發(fā)表論文預(yù)測(cè)，諧振器的φ= 22.5°和θ=-34.3°坐標(biāo)將產(chǎn)生頻率變化較低的諧振器機(jī)械應(yīng)力，這就產(chǎn)生了應(yīng)力補(bǔ)償?shù)拿QSC。
主要晶體切割工藝
可以定義無(wú)限多個(gè)晶體切割。但是，其中一些定義了特別有用的屬性，并且為這些切割指定了特定的名稱。
AT切割：石英晶體的AT切割通常用于0.5到300MHz之間的頻率，并且具有振動(dòng)的厚度切割模式。
它是使用最廣泛的切割，特別適用于要求振蕩器在500KHz至300MHz范圍內(nèi)運(yùn)行的電子儀器等，盡管隨著技術(shù)的發(fā)展，上限不斷提高。
BT割切：這是另一種類似于AT的切割，它會(huì)以厚度切割模式振動(dòng)，通常用于0.5到200MHz的頻率。
它使用不同的角度：與z軸成49°。它具有可重復(fù)的特性，頻率常數(shù)為2.536 MHz/mm。然而，溫度穩(wěn)定性特性不如AT切割，但由于其較高的頻率常數(shù)，它可以更輕松地用于更高頻率的操作。
GT切割：用于石英晶體的GT切割通常用于大約0.1到2.5MHz的頻率，并且使用振動(dòng)的寬度擴(kuò)展模式。
它以51°7'的角度切割，由于溫度系數(shù)不同的兩種振動(dòng)模式相互抵消，因此溫度系數(shù)在+25到+ 75°C之間幾乎為零。
IT切割： 此切割使用厚度切割模式，并且用于大約0.5到200MHz之間的頻率。
這種晶體切割與SC非常相似。但是，對(duì)于需要在80-90°C的溫度范圍內(nèi)工作的水晶烤箱，該選項(xiàng)可以克服在這些溫度下使用SC的困難。IT切口的最高轉(zhuǎn)折點(diǎn)在85至105°C之間，但與SC的機(jī)械應(yīng)力敏感性不同。
SC切割： 此晶體切割用于大約0.5到3200MHz之間的頻率。
這種切割是在1970年代后期開(kāi)發(fā)的，特別是用于精密晶體烤箱，但是它確實(shí)需要更復(fù)雜的制造過(guò)程，因?yàn)殡S后需要進(jìn)行雙角度旋轉(zhuǎn)并同時(shí)進(jìn)行精密研磨。
XY切割： 此切割本質(zhì)上是一種晶體切割格式，用于低頻應(yīng)用，其頻率通常在5至100KHz之間。它使用長(zhǎng)寬彎曲模式。
該晶體切割廣泛用于一個(gè)公共頻率為32.768 KHz的低頻。它的優(yōu)點(diǎn)是頻率非常小，比其他低頻晶體類型便宜，此外它具有低阻抗和低C0/C1比。
AT石英晶體切割
AT-cut是使用最廣泛的切割方式，尤其是用于電子儀器，無(wú)線電系統(tǒng)，微處理器時(shí)鐘和其他許多需要振蕩器在MHz范圍內(nèi)運(yùn)行的應(yīng)用中。隨著技術(shù)的發(fā)展，上限越來(lái)越高。但是，最高頻率通常以泛音模式運(yùn)行，因?yàn)榫w在高頻下會(huì)變得非常薄。
石英晶體AT切割-與Z軸成35°35'
如圖所示，該石英晶體與Z軸的夾角為35°25'。沿與晶軸的方向切割晶體毛坯，然后將毛坯加工并精加工成所需的尺寸。
這種石英切割的優(yōu)點(diǎn)之一是溫度系數(shù)。在26°C時(shí)該值變?yōu)榱悖踔疗淙我粋?cè)也相對(duì)平坦，尤其是與其他切口相比時(shí)。
AT隨溫度降低晶體溫度系數(shù)
從該值稍微改變切割角度會(huì)稍微改變屬性，盡管對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，通常會(huì)使用AT切割的確切參數(shù)。
BT石英晶體切割
BT晶體切割與AT切割晶體幾乎同時(shí)引入。它比等效的AT切割晶體厚約50%，并且仍使用厚度切割模式。
但是越厚，則在更高的頻率下晶體越厚，因此越堅(jiān)固可以預(yù)期，隨著頻率的增加，晶體變得更薄。
但是，它的缺點(diǎn)是它的溫度特性比AT切割的石英晶體差，這是由較高的頻率常數(shù)造成的。即便如此，BT切割晶體仍用于更高頻率的應(yīng)用，尤其是在需要以基頻工作而不是泛音工作的情況下。
SC石英晶體切割
用于描述這種類型的石英晶體切割的SC代表“應(yīng)力補(bǔ)償”。它是專門(mén)為在某些關(guān)鍵要求是對(duì)熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力不敏感的精密晶體烤箱中使用而開(kāi)發(fā)的。
另一個(gè)重要因素是SC切割晶體具有良好的相位噪聲和老化特性?？鞠淇刂频木w振蕩器OCXO通常需要的特性。
該切削對(duì)基準(zhǔn)軸進(jìn)行兩次旋轉(zhuǎn)：35°15'和21°54'。它不僅具有出色的老化和穩(wěn)定性能，還具有出色的相位噪聲性能，但它具有更高的ESR，并且也更容易受到諧振的影響。
SC切割的困難之一是在制造過(guò)程中造成困難，因?yàn)樵赟C切割中使用復(fù)合角度的要求增加了測(cè)量角度的成本，然后在隨后的研磨和拋光過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。SC切割的公差很小。它們通常要求的公差為±10PPM，而AT切割的公差為±30PPM。
許多使用多年的設(shè)備已經(jīng)不使用了，因?yàn)樗鼈円呀?jīng)被高級(jí)切割技術(shù)所取代，而這些高級(jí)切割技術(shù)現(xiàn)在可以通過(guò)更先進(jìn)的制造技術(shù)獲得。
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