高基頻晶振的原理與應用
晶振是什么？在電路中起到什么作用呢？晶振產(chǎn)品是一個具有壓電效應的產(chǎn)品，即在晶片兩極外加電壓后晶體會產(chǎn)生變形，反過來如外力使晶片變形，則兩極上金屬片又會產(chǎn)生電壓。如果給晶片加上適當?shù)慕蛔冸妷海蜁a(chǎn)生諧振(諧振頻率與石英斜面傾角等有關系，且頻率一定)。晶振利用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體，在共振的狀態(tài)下工作可以提供穩(wěn)定、精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之二十。利用該特性，晶振可以提供較穩(wěn)定的脈沖，廣泛應用于微芯片的時鐘電路里。晶片多為石英半導體材料，外殼用金屬封裝。
而我們從之前的晶振知識中知道，大部分晶振里的晶片切割方式都是采用AT(厚度)切割模式，在厚度剪切模式下振動的AT切割晶體單元的振蕩頻率由晶片的厚度決定。晶片越薄，頻率越高；晶片越厚，頻率越低。
AT切割晶片和頻率的關系表達式：
F0=1.67×N/T
F0=振蕩頻率(MHz)
N=振蕩模式(1,3,5,7,9…)
T=厚度(mm)
為了在基頻上獲得非常高的頻率，必須準備非常薄的空白晶片。但是如果太薄，它的物理就會變得非常薄弱，并且很難在傳統(tǒng)的加工方法中處理。
傳統(tǒng)晶振上，晶片的制作方法是機械研磨和拋光，以獲得所需要的厚度和頻率。而高基頻晶振的晶片技術采用的與半導體晶片制作工藝類似的光刻技術，在晶片坯上蝕刻出一個孔。其中較薄的”井”是坯料的共振部分，而周圍較厚的晶體材料區(qū)域則提供結構支撐。由于通過這種方法加工的石英晶片僅在中心區(qū)域處理得非常薄，未蝕刻的周圍區(qū)域保持相同的厚度和物理強度。
如下圖所示：
制造流程
實物圖
40MHz基頻晶振晶片厚度約等于40μm
160MHz基頻晶振晶片厚度小于10μm
傳統(tǒng)晶片與高基頻晶片比較
目前高基頻晶振頻率范圍基本可以做到70~300MHz。
為什么要使用高基頻晶振呢？
1. 相位噪聲/抖動性能好于PLL
2. ESR和啟動性能好于3次泛音振蕩模式
3. 在高頻應用上不用使用PLL或3次以上泛音振蕩模式
4. 3次泛音以上的晶振產(chǎn)品需要在實際應用電路上做調整，以過濾掉基頻的頻率，只保留泛音出來的頻率。
5. 3次以上泛音電路會有較大的寄生頻率，影響頻率穩(wěn)定性。
高基頻晶振的缺點，由于光刻工藝蝕刻后，中間那部分晶片很薄，如果不小心，會比較容易破碎而損壞。
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