睡覺(jué)晶體和DLD的關(guān)系

A.概述

這份應(yīng)用筆記所討論的內(nèi)容適合于通用英晶體諧振器，而文章中的數(shù)字只適用于AT和BT下厚度切變的石英晶體。

陶瓷諧振器也有類(lèi)似的情況。

B.什么是“睡覺(jué)晶體”?

在晶體行業(yè)中，“睡覺(jué)”晶體是種眾所周知的現(xiàn)象:

因睡覺(jué)現(xiàn)象而不起振的晶體，當(dāng)受到外界的激勵(lì)(機(jī)械或電子)，它會(huì)重新工作。然而，過(guò)了一段時(shí)間之后(通常是指撤掉激勵(lì)之后)，晶體又會(huì)進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)——不起振。

晶體再次進(jìn)入“睡眠”的時(shí)間，是無(wú)法估計(jì)或預(yù)測(cè)到的，短則幾分鐘，長(zhǎng)則幾個(gè)月。

這一現(xiàn)象，可解釋為什么當(dāng)晶體的用戶檢測(cè)到晶體不起振時(shí)，退回晶體商檢驗(yàn)，但報(bào)告又顯小晶體是振蕩的原因。最大可能是這些“睡眠”晶體在運(yùn)輸過(guò)程中受到了“沖擊”，“振動(dòng)”或者是在作不良品分析時(shí)使用了“強(qiáng)激勵(lì)”因而將“睡眠”晶體弄致“蘇醒”。(注意:造成晶體在退貨時(shí)是壞的，而晶體商說(shuō)是好的原因很多。其中“睡覺(jué)”晶體只是其中之一。)

十來(lái)年前，一般的晶體振蕩器線路大都工作在低頻和較高的工作電壓下，因而，加給晶體的激勵(lì)也比較高(比如是1OOOuW，或更高)。振蕩線路上的高激勵(lì)可使這類(lèi)睡覺(jué)晶體“蘇醒”，所以，早年的“睡眠”晶體不是什么大問(wèn)題。不過(guò)，盡管高激勵(lì)可使這類(lèi)晶體“蘇醒”但仍需要一段的時(shí)間起動(dòng)(從幾個(gè)毫秒到幾秒)，因而，有些工程師稱(chēng)這類(lèi)晶體為“緩慢起振”的晶體。

現(xiàn)今的振蕩線路對(duì)于晶體的要求更高:

低工作電壓的振蕩線路使得晶體工作在較低激勵(lì)電平，較高的工作頻率通常有更多的相移也使得晶體工作在較低激勵(lì)電平(因負(fù)載電容較小)，現(xiàn)今的產(chǎn)品需要快速起振，如:VGA顯小卡，USB和PCMICA插卡等帶熱插功能的產(chǎn)品，使用電池供電的裝置，如:超薄型的掌上電腦，移動(dòng)通訊，無(wú)繩電話，節(jié)能型的BP機(jī)等，都通常內(nèi)置省電功能，故需要晶體快速起振。

C為什么晶體會(huì)睡覺(jué)呢

產(chǎn)生“睡覺(jué)”晶體的根本原因是:晶體生產(chǎn)過(guò)程中受到了污染。

對(duì)晶體而言，污染不僅僅是一些灰塵，諸如:微量的水汽，油污和廢氣也都是污染。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中如想要控制好污染其所要花費(fèi)的費(fèi)用是相當(dāng)高的，而有些污染是很難徹底根治的。

今天，晶體行業(yè)對(duì)于“睡覺(jué)”晶體的討論仍然是一個(gè)熱門(mén)研究課題。很多晶體生產(chǎn))一家也正在積極研究。但并不是所有的晶體生產(chǎn)廠家都知道怎樣避免生產(chǎn)出“睡覺(jué)”晶體，這也可能是這些廠家不愿意跟晶體用戶討論這一話題的原因。

D有“醫(yī)治”“睡覺(jué)”晶體的方法嗎?

不幸地，如果晶體有睡覺(jué)的特性，沒(méi)有任何方法可“醫(yī)治”。即使“睡覺(jué)”晶體被激活，仍然會(huì)再次進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)。這些不良晶體的“睡眠”狀態(tài)是晶體的自然而有穩(wěn)定的狀態(tài)，在一定的時(shí)間內(nèi)，當(dāng)外界作用力撤消之后，它又會(huì)返回到這種穩(wěn)定狀態(tài)。這也就是無(wú)法“醫(yī)治”的主要原因。

有些晶體生產(chǎn)廠家為了達(dá)到“高產(chǎn)出率”，在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)晶體使用“強(qiáng)激勵(lì)”(激勵(lì)電平非常高)用以最后測(cè)試前弄醒所有睡覺(jué)的晶體。這種方法卻允許將一些“睡覺(jué)”的晶體出貨給了晶體用戶，而這些晶體遲早還會(huì)再次進(jìn)入“睡眠”狀態(tài)。

同樣原因，使用晶體的用戶也應(yīng)準(zhǔn)確地給出晶體在振蕩線路的激勵(lì)電平，以避免晶體生產(chǎn)廠家在進(jìn)行測(cè)試和分選時(shí)，因用戶指定的不恰當(dāng)規(guī)格而使用過(guò)高的激勵(lì)電平，即:激活那些“睡覺(jué)”晶體。比如:如果振蕩線路是工作在50uw，就不應(yīng)該規(guī)定晶體的生產(chǎn)激勵(lì)是1 mw(照搬一些舊的技術(shù)指標(biāo))，否則，你將指導(dǎo)你的晶體生產(chǎn)廠家激活所有睡覺(jué)的晶體，而最終通過(guò)出廠測(cè)試。

請(qǐng)留意，對(duì)于現(xiàn)在的晶體及振蕩線路，1mW是一個(gè)非常高的激勵(lì).如果你無(wú)法檢查出你線路上的實(shí)際激勵(lì)，可將該帶零件的線路板送到晶體生產(chǎn)廠家來(lái)為你測(cè)試。

E.怎樣檢測(cè)“睡覺(jué)”晶體呢？

檢測(cè)“睡覺(jué)”晶體的主要困難是:一旦“睡覺(jué)”晶體被“喚醒”，它便同好的晶體一樣，然而，它再次“睡覺(jué)”的時(shí)間又無(wú)法估計(jì)(可能是幾秒、幾分、幾天、或幾個(gè)星期)。

我們可以用一個(gè)間接的方法測(cè)試“睡覺(jué)”晶體，即:測(cè)試晶體的DLD(激勵(lì)電平依賴(lài)性)。

晶體激勵(lì)電平依賴(lài)性產(chǎn)生的原因與“睡覺(jué)”晶體的情況相似，都是污染所致，但情況較輕微。

F．激勵(lì)電平依賴(lài)性

晶體的激勵(lì)電平依賴(lài)性是指:晶體在不同的激勵(lì)下其頻率和電阻的變化量，測(cè)試時(shí)的高低電平通常相差幾十倍左右。

理想的晶體DLD如下:

在較寬的激勵(lì)電平覆蓋范圍內(nèi)(數(shù)十倍的范圍)晶體的電阻和頻率變化非常小，除非激勵(lì)電平己超出晶體結(jié)構(gòu)可承受的最高值。請(qǐng)小心注意:當(dāng)“睡覺(jué)”晶體在蘇醒時(shí)，表現(xiàn)出來(lái)的特性可能和理想的晶體一樣。




就算是激勵(lì)電平低于結(jié)構(gòu)所容許的激勵(lì)上限，由于生產(chǎn)過(guò)程中各種不同污染的影響，使得非理想晶體的電阻和頻率變化較大(電阻變化幾倍，頻率變化幾十個(gè)PPm)}