晶振小型化”與“好處”

　　幸運的是，石英晶體振蕩器的小型化還帶來(lái)了額外的好處，那就是大大提高了它們沖擊與振動(dòng)的耐受性。因為尺寸小，諧振器質(zhì)量較低，也因此對晶體諧振器的力也較小。如果使用強安裝材料，晶體諧振器就不會(huì )因為加速度太大掉下來(lái)，它會(huì )被牢牢固定在本來(lái)的位置上。進(jìn)一步而言，由于它的小尺寸（短空白大小或短音叉齒）諧振器內的剪力很小，諧振器能抵抗高振動(dòng)而不被破壞。

　　小尺寸的另一個(gè)附加的好處是，晶體諧振器的最低彎曲型頻率狀態(tài)可達幾千赫茲或更高。這種情形至少會(huì )帶來(lái)兩個(gè)好處。第一個(gè)，由于振動(dòng)到來(lái)之前大約1mm或更長(cháng)時(shí)間會(huì )出現振動(dòng)，可作為類(lèi)似靜電噪聲的脈沖處理。在任何指定時(shí)段內的振動(dòng)可大致看做一個(gè)固定的加速度，而這個(gè)加速度太小，所以不能激活晶體的彎曲模式。第二，這種彎曲型對頻率要求非常高，振動(dòng)產(chǎn)生的頻率通常低于2kHz，所以不會(huì )被其所激活。

　　這在劇烈振動(dòng)應用環(huán)境和工業(yè)制造板取代刳刨工具時(shí)期非常重要。利用這種現代的制造與構造，石英晶體諧振器不再是嬌嫩易碎的東西。如今很多的制造商都能提供耐千g機械振動(dòng)力的晶體和振蕩器。即便如此，在大多數要求非常嚴格的應用場(chǎng)合，普通的晶體和振蕩器并不合適，如軍用和導彈電子。因為這其中的振動(dòng)能達到幾萬(wàn)g。

　　要滿(mǎn)足這些方面的要求，光是諧振器的尺寸縮小并不夠，還必須將其按照受剪力最小原則安放。舉個(gè)例子，對高振動(dòng)AT-cut晶體而言，第三點(diǎn)裝配法可用于將晶體空白的無(wú)電端設置為晶體包。用這種方法，晶體抗振動(dòng)水平能上升至100 000g。同樣地，用這種晶體結合更先進(jìn)的結構工藝制造的振蕩器也能達到100 000g的抗振動(dòng)性。

　　設計耐強振動(dòng)系統時(shí)，記住以下幾條箴言是非常有用的

　　● 晶體振蕩器（較小包內發(fā)現的）中，小尺寸的比大尺寸的更穩固。

　　● 音叉晶振（通常為10～600kHz）比擴展型晶體（520kHz～2.5MHz）穩固性更好。而AT-cut晶體（8MHz以上）是最穩固的。

　　● 對音叉和擴展型晶體而言，晶體尺寸隨頻率減小而減小，穩固性隨頻率增大而增強（對某一指定型晶體）。

　　● 對AT晶體而言，晶體在13～50MHz內是最穩固的，當處在16～32MHz時(shí)最佳。

　　● 注意對超過(guò)千g級的振動(dòng)，普通的晶體和振蕩器是不合適的，需要采用專(zhuān)為高振動(dòng)應用環(huán)境設計的類(lèi)型。

　　● 如果已知振動(dòng)是沿單一方向被采用，合理選擇晶體/振蕩器的方位能大大提高系統穩固性。

　　● 除了檢驗數據表上必要的說(shuō)明，別忘了問(wèn)清制造商供應高振動(dòng)設備的歷史。
我們通常認為在電子系統中，石英晶體振蕩器是最易碎的元件之一。這并不奇怪，因為振蕩器里的石英晶體諧振器是由一個(gè)很大的結晶體組成的，就像一個(gè)大的圓空AT-cut晶體被金屬夾固定在一個(gè)金屬殼里。這種結構不能耐受高出50～100 g太多的振動(dòng)強度。這類(lèi)晶體振蕩器非常適合大型臺式儀器和類(lèi)似的設備，但不太適用于對高振動(dòng)性要求很高的應用領(lǐng)域，如掌上電腦和軍需設備。在這些設備中，加速度達到千個(gè)甚至萬(wàn)個(gè)g。很明顯，一般的晶體結構在此類(lèi)應用中是不合適的。

　　推動(dòng)石英晶體和振蕩器結構變化的動(dòng)力來(lái)自對電子器件小型化的不斷追求。伴隨著(zhù)照相機平版印刷的發(fā)展和加工石英晶振的化學(xué)工藝的進(jìn)步，小型化在1970年邁出了關(guān)鍵的一步。這種新的處理工藝來(lái)自曾用于硅工業(yè)的一些技術(shù)，能夠精確地磨制出小于1mm尺寸的石英/晶體，并能精確到幾微米。在小型化進(jìn)程中很重要的另一步是將晶體牢牢固定于一個(gè)粗糙機架的陶瓷封裝技術(shù)得到發(fā)展。由此，這種制造與構造工藝成為了石英晶體小型化不成文的標準。