愛(ài)普生AT石英晶振獲得高頻率輸出的實(shí)現(xiàn)方法

概述：高頻的基準(zhǔn)信號(hào)源在近年的通信設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中必不可缺，而滿足顧客所使用的應(yīng)用和要求規(guī)格的高頻輸 出的電子部件的品種眾多。本文主要從AT型石英晶體在具有良好的溫度特性并以基波直接起振的前提下實(shí)現(xiàn)高頻輸出的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式和方法。希望通過(guò)本次技術(shù)說(shuō) 明，能讓顧客更多理解石英產(chǎn)品所具有的高穩(wěn)定性，在廣大顧客選擇各種應(yīng)用程序的電子部件時(shí)助一臂之力。

【1】什么是反向臺(tái)形 AT 型石英晶體諧振器

英 語(yǔ)名稱中的“Mesa”這個(gè)詞起源于西班牙語(yǔ)，意思是“周?chē)菓已虑捅诘呐_(tái)形地貌”，通常把截面加工成臺(tái)形的半導(dǎo)體晶體管等稱為“臺(tái)形結(jié)構(gòu)”。反向臺(tái)形 AT 型石英晶體諧振器指把 AT 切割石英片的一部分（振蕩部分） 切割成凹陷的臺(tái)形的結(jié)構(gòu)（與臺(tái)形結(jié)構(gòu)相反）。反向臺(tái)形 AT 型石英晶體的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。AT 型石英晶體諧振器的石英片越薄，所起振的頻率越高。但是，通常機(jī)械性研磨實(shí)現(xiàn)批量、穩(wěn)定生產(chǎn)的頻率限度為以基波起振 50MHz 左右（石英片厚度為約 30μm）。如果需要使用 AT型石英晶體獲得大于上述限度的頻率，經(jīng)常使用高次振動(dòng)的振動(dòng)模式（三次諧波）達(dá)到 50MHz 至 150MHz。因此，為了獲得高頻，就需要使用復(fù)雜的電路控制三次諧波等振動(dòng)模式。愛(ài)普生應(yīng)用進(jìn)行光刻加工的 QMEMS 技術(shù)，生產(chǎn)出只將激勵(lì)部分加工成幾微米的反向臺(tái)結(jié)構(gòu)，既保證了芯片的強(qiáng)度又能以基波起振高頻，以此解決上述問(wèn)題。

【2】愛(ài)普生公司的QMEMS技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)AT晶振高頻輸出 ?

AT 型石英晶體的振蕩是典型的厚度變形振蕩，其理想的振蕩狀態(tài)是只在中央部分振蕩，而周?chē)糠植划a(chǎn)生振蕩。對(duì)于 MHz 頻帶中較低頻帶的 AT 型石英晶體，大多使用倒角加工，使石英片的中央部分與周?chē)暮穸炔煌?，從而獲得該效果。圖 2 表示原來(lái)的機(jī)械加工方式和使用了光刻加工的 QMEMS 方式的概略。由于機(jī)械加工利用石英芯片自身重量進(jìn)行加工，所以石英芯片越小，加工難度越大，偏差也隨之增加并影響特性。與此相比，QMEMS 技術(shù)的光刻加工不受石英芯片大小的影響，可使石英片的形狀保持均一，即便是超小型的石英芯片，也能達(dá)到比機(jī)械加工更小的偏差，從而實(shí)現(xiàn)圖 3 所示的優(yōu)越的溫度特性。 

綜上所述，在高頻領(lǐng)域，也能夠使用 QMEMS 技術(shù)生產(chǎn)出圖 1 所示的反向臺(tái)結(jié)構(gòu)，既保持石英芯片的強(qiáng)度，又能以基波起振高頻，以此提供具有穩(wěn)定性能的產(chǎn)品。 

【3】使用反向臺(tái)形 AT 型石英晶體的產(chǎn)品及其特征 

 在愛(ài)普生的產(chǎn)品中，使用以 QMEMS 技術(shù)實(shí)現(xiàn)基波起振高頻的反向臺(tái)形 AT 型石英晶體的產(chǎn)品如下： 

①SPXO（Simple Packaged Crystal Oscillator，石英晶體振蕩器）中的 SG-210S*H、SG-770***/SG-771***；

②VCXO（Voltage Controlled Crystal Oscillator，壓控晶體振蕩器）中的 VG-45**系列。 

 VCXO 的頻率隨外部施加的控制電壓而變化，主要應(yīng)用于基站和光傳送設(shè)備。近年，由于數(shù)據(jù)通信不斷趨向高速化及大容量化，市場(chǎng)對(duì)高頻與穩(wěn)定信號(hào)源的需求日益增加。因此，具有高頻、良好的溫度特性及優(yōu)越的噪

音特性的 AT型石英晶體已成為備受矚目的存在。 

 圖 4表示使用反向臺(tái)形 AT 型石英晶體的 VCXO 產(chǎn)品 VG-4513CB 與本公司原有產(chǎn)品（倍頻型）的失真成分比較。 

 本公司原有產(chǎn)品（以 122.88MHz 起振的 4 倍頻） VG-4513CB (以 491.52MHz 的基波起振)

為 獲得高頻而使用鎖相環(huán)或倍頻電路時(shí)（圖 4 左），其缺點(diǎn)是將產(chǎn)生信號(hào)以外的噪音（失真成分）導(dǎo)致抖動(dòng)特性下降。使用反向臺(tái)形 AT 型石英晶體時(shí)（圖 4 右）能以基波起振高頻，因此不會(huì)產(chǎn)生類似以前產(chǎn)品的失真成分，實(shí)現(xiàn)低抖動(dòng)特性。以基波直接起振高頻的優(yōu)勢(shì)大，我們認(rèn)為它將成為不斷增加的基礎(chǔ)設(shè)備的不可或 缺的關(guān)鍵部件。