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EPSON(爱普生)晶振

 

AT切割晶振基本知识(基于爱普生晶振官方培训资料整理)

来源:www.epson-xtal.com作者:peter网址:http://www.epson-xtal.com 
文章附图

AT 晶振,全称为AT-cut Crystal Unit,即采用 AT 方式切割工艺制造的无源晶体谐振器,是晶振产品中应用广泛的重要品类。
一、晶体产品核心分类及特性

晶体产品根据结构与功能,主要分为晶体单元和晶体振荡器两大类,二者在组成、功能及应用场景上存在显著差异,具体对比如下:


类别英文名俗称核心组成核心特点
晶体单元Crystal Unit无源晶振仅由晶体谐振片(通过特定工艺切割的石英晶体)及封装结构组成1. 自身无法独立产生振荡信号,需搭配外部振荡电路(如 MCU 内的振荡模块)才能工作;
2. 结构相对简单,成本较低,体积可做得更小;
3. 频率精度与稳定性依赖外部电路设计及晶体本身的切割工艺。
晶体振荡器Oscillator有源晶振以晶体单元为核心,集成半导体 IC(振荡电路、放大电路、稳压电路等)的模块化产品1. 内置完整振荡电路,通电即可直接输出稳定的时钟信号,无需外部额外电路;
2. 频率稳定性、输出波形一致性更优,抗干扰能力强;
3. 集成度高,简化下游电路设计,但成本相对较高,功耗略大。

关键说明:晶体振荡器的核心频率特性(如频率精度、温度稳定性、老化率等),主要由其内部集成的晶体单元决定,外部 IC 仅起到 “激发振荡、优化输出” 的辅助作用。


二、晶体单元的核心切割工艺及对应性能
晶体单元的关键性能(尤其是工作频率范围),由石英晶体的切割工艺直接决定。目前行业内主流的切割方式主要有以下三种,分别对应不同的频率应用场景:

  1. 音叉型切割(Tuning Fork Cut)
    • 核心频率范围:主要为KHz 级低频,最典型的应用频率是 32.768KHz(广泛用于电子设备的实时时钟 RTC 模块)。

    • 特点:切割后的晶体呈 “音叉” 状,通过机械振动实现低频谐振,功耗极低,适合对功耗敏感、需长期计时的场景(如手机、手表、物联网设备的待机时钟)。

  2. AT-Cut 型切割(AT-Cut)
    • 核心频率范围:主要为MHz 级中频,常见应用频率包括 12MHz、25MHz、26MHz、32MHz 等。

    • 特点:是目前消费电子、工业控制等领域应用最广泛的切割方式,具有优异的温度稳定性(在 - 40℃~85℃的常规工作温度范围内,频率漂移小),输出频率稳定,适配绝大多数需要中频时钟信号的设备(如 MCU 主控、通信模块、显示屏驱动等)。

  3. SAW 型切割(Surface Acoustic Wave Cut,表面声波切割)
    • 核心频率范围:主要为百 MHz 级高频及 GHz 级超高频,可覆盖数百 MHz 至数 GHz 的频率区间(如 915MHz、2.4GHz 等)。

    • 特点:利用晶体表面的声波振动实现谐振,能够突破传统切割方式的频率上限,主要用于射频(RF)通信领域(如蓝牙、WiFi、射频识别 RFID 等需要高频信号的无线模块)。

      1-1601111GQ21Z.jpg

三、AT晶振温度频率
晶体单元的典型温度频率特性如下图:

1-1601111H034527.jpg


等效公式如下:

f = 1.67 / t            ( f ; [MHz]   t ; [mm] )
(Ex) t = 0.1mm ► f = 16.7MHz,    t = 0.05mm ► f = 33.4MHz

四、如何计算AT

计算公式如下:
△f/f=α(θX-25)+β(θX-25)2+χ(θX-25)3
θX:目标温度
α,β,χ曲线系数可以在详细规格书内查到

五、晶体切割位置

1-1601111H3311C.png


六、AT晶振内部结构:
内部结构

1-1601111H53b07.jpg


Over tone (泛音);
晶体单元的谐振频率N倍于基本谐振频率称之为泛音模式,其中N是奇数,3,5,7, 9...。N倍泛音频率常被用到,我们称为N泛音晶体单元
.


七、震动模式

AT型晶体震动模式如左下图所示,可以设想一下,一个胶体于两掌之间,反复相对方向前后措动手掌。

1-1601111HI5400.jpg


八、AT晶振常见英/汉对照表
Common frequency:   常用频点 、
Frequency tolerance:频率稳定度
Actual package:   实际封装
Supply voltage: 工作电压
Motional resistance: 动态阻抗
Load capacitance: 负载电容
Non linearity: 非线性度
Operating temperature: 工作温度
Frequency range: 频率范围
Current consumption: 电流消耗
Output control: 输出控制
Size (mm): 尺寸(mm)
Detection range: 检测范围
Scale factor: 比例因子
Frequency / temperature characteristics:频率/温度特性
Frequency/control range频率/控制范围

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