石英晶體諧振器是穩(wěn)定和選擇頻率的重要電子元件。所謂頻率穩(wěn)定，是指當(dāng)各種外界條件變化時(shí)，振蕩器的實(shí)際工作頻率與規(guī)定頻率的偏差較小，而穩(wěn)定的振蕩頻率能使某些電路正確地處理信號(hào)并準(zhǔn)確輸出。
一、影響因素
任何晶體晶振，頻率不穩(wěn)定是絕對(duì)的，程度不同而已，一個(gè)晶振的輸出頻率隨時(shí)間變化的曲線如圖1所示
?。▓D1） 晶振輸出頻率隨時(shí)間變化的示意圖
曲線1是用0.1秒測(cè)量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的短穩(wěn)；曲線3是用100秒測(cè)量一次的情況，表現(xiàn)了晶振的漂移；曲線4是用1天一次測(cè)量的情況，表現(xiàn)了晶振的老化。
1. 溫度特性
石英晶體諧振器是根據(jù)它的正逆壓電效應(yīng)制造出來(lái)的一種諧振器，高達(dá)上百萬(wàn)的Q值，極高的頻率穩(wěn)定度是LC振蕩電路和RC振蕩電路難于匹敵的。然后，環(huán)境溫度變化影響著晶體振蕩器的輸出頻率值。石英諧振器在溫度變化時(shí)，其晶格發(fā)生形變導(dǎo)致頻率變化。
石英晶體不同切型的頻率溫度特性是不同的。下面分析AT、音叉、SC切型。
1) AT切型
AT切石英晶體頻率和溫度關(guān)系如下：
公式中：T為溫度；T0位參考溫度；f0為參考溫度點(diǎn)的頻率；A0、B0和C0分別為晶體諧振器的1次、2次和3次溫度系數(shù)。
因晶體的各項(xiàng)異性，不同切割角度的AT切型晶體其頻率特性是有很大的差異。
2) 音叉切型
Δf/f = k(T - To)2 + fo
其中，f是晶體標(biāo)稱頻率，k是曲率常數(shù)，T是溫度，To轉(zhuǎn)折溫度，fo是轉(zhuǎn)折溫度下的相對(duì)頻偏。從上式可以看出：只有三個(gè)變量控制著每個(gè)晶體的溫度特性，這三個(gè)參數(shù)是：曲率常數(shù)、轉(zhuǎn)折溫度、轉(zhuǎn)折溫度下的相對(duì)頻偏。曲率常數(shù)對(duì)全溫范圍內(nèi)頻偏的拋物線外形影響較大，但這個(gè)常數(shù)本身的偏差很小。不同的轉(zhuǎn)折溫度可以將拋物線左右平移，不同的轉(zhuǎn)折溫度下的相對(duì)頻偏可以將拋物線上下平移。
3) SC切型
SC切型低溫變化很大，但高溫變化比較平緩，而且溫度轉(zhuǎn)折點(diǎn)較高，利用此特性，SC切型一般用于制作恒溫晶振。
2. 老化
老化效應(yīng)是石英晶體固有的物理現(xiàn)象,其諧振頻率隨時(shí)間推移緩慢減小或增加的變化過(guò)程,稱為石英晶體的老化。晶體在使用初期，老化主要受元件內(nèi)部應(yīng)力釋放影響，頻率向升高方向變化，而后期受電極膜吸附的影響，其頻率按對(duì)數(shù)關(guān)系向降低方向變化，隨著時(shí)間增加變化量逐漸降低。老化的指標(biāo)主要由日老化率和年老化率，對(duì)于普通晶振來(lái)說(shuō)，一般要求年老化率，但年老化率沒(méi)有辦法連續(xù)測(cè)試一年，所以目前普遍采用等效老化的方法：提高存儲(chǔ)溫度，縮短放置時(shí)間。實(shí)驗(yàn)表明，在85條件下，將晶振放置30天，其頻率變化相當(dāng)或超過(guò)正常室溫下放置一年的老化量。
石英晶體晶振的老化主要源于下述方面：
晶片表面附著物的脫落。
研磨過(guò)程中對(duì)石英晶片造成的應(yīng)力。
上架過(guò)程形成的支架與晶片應(yīng)力變化。
鍍膜過(guò)程中形成的電極膜與晶片間的應(yīng)力變化。
石英晶體表面吸附的氣體以及由于漏氣造成的電極表面的改變。
老化是工廠整個(gè)工藝水平的集中體現(xiàn)，要減小老化，從下述幾個(gè)方面著手：
保證石英晶片的光潔度，包括其邊緣的光潔度。
應(yīng)采用深腐蝕工藝，確保破壞層被全部清除。
確保晶片的清潔度，要對(duì)晶片進(jìn)行多遍仔細(xì)清洗，對(duì)諧振件和外殼也要清洗。
適當(dāng)減薄電極膜的厚度，保證鍍膜公差，盡量減小微調(diào)量。
保證鍍膜和微調(diào)真空度，鍍膜前較好進(jìn)行離子轟擊清洗。鍍膜過(guò)程中，晶片的溫度，濺射的速度均對(duì)電極質(zhì)量有影響。
鍍膜前后，上架點(diǎn)膠后，微調(diào)后應(yīng)該進(jìn)行高溫烘烤，以消除應(yīng)力的影響，烘烤老化較好在可抽真空充氮?dú)獾目鞠淅镞M(jìn)行。
導(dǎo)電膠的揮發(fā)物也會(huì)影響老化，點(diǎn)膠后至少應(yīng)有一遍清洗。
保證高密封性和低漏氣率。
客戶使用狀態(tài)，特別是激勵(lì)功率的大小也會(huì)影響老化，激勵(lì)功率大，則老化加大，在加工過(guò)程中，應(yīng)盡量減小電極在空氣里的暴露時(shí)間，防止晶片的污染。
3. 短穩(wěn)：
短期穩(wěn)定性，觀察時(shí)間為1毫秒、10毫秒、100毫秒、1秒、10秒。晶振的輸出頻率受到內(nèi)部電路的影響（晶體的Q值、元器件的噪音、電路的穩(wěn)定性、工作狀態(tài)等）而產(chǎn)生頻譜很寬的不穩(wěn)定。測(cè)量一連串的頻率值后，用阿倫方程計(jì)算。相位噪聲&JITTER為同一概念，只不過(guò)測(cè)量及表示方法不同。
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