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泛音石英晶体,它是如何工作?

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发表于2020-11-25 11:52:36 | 显示全部楼层
1# 电梯直达

      快速流畅的数据传输在当今世界至关重要,为了实现这一点,许多系统应用中都依赖于三位数兆赫(MHz)范围内的晶振频率。


  用基调的AT晶体无法产生这样的高频。尽管基频为40到50MHz的石英晶体是可行的,但其生产涉及大量的工作和相应的成本。因此,“泛音晶体”通常用于20MHz以上的频率。


什么是泛音与基频?


  每个石英晶体都有其基本频率。除了这种“基本音调”外,每个石英晶体都有几个泛音。当向石英晶体施加电压时,石英晶体会以其基音振荡。在此过程中也会触发其泛音,但其信号明显弱于基频。实际上,大多数情况下,泛音信号只产生正常的相位噪声。


 


  通过巧妙地构造振荡器电路,可以驱动石英晶体的泛音而不是基频。因此,将附加的谐振电路添加到振荡器电路,以便放大石英晶体的泛音信号。

  这项技术使工程师能够从石英晶体中“挤出”远高于其基本音调的频率。例如,如果石英晶体以20MHz的基频振荡,则第三泛音以60MHz振荡,第五泛音以100MHz振荡。由于振荡器电路的电子特性,只能在奇数整数范围内激励泛音。


泛音石英晶体如何振荡?


  剩下的问题是泛音石英振荡的形状。你可以将泛音振荡想象为晶体基本振荡的倍数。


 

基本音调中的厚度剪切振荡器的振荡


  让我们以厚度剪切振荡器为例:在电压下,石英晶体的顶部和底部在基音中沿相反的方向移动。但是,在泛音中,不仅石英晶体的上下振动,而且石英晶体内部的分子层也振动。这些层也沿相反方向移动,就像基本音调中晶体的顶部和底部一样。可以说,石英晶体不仅在其外部振动,而且在“自身”振动。


 


形象地讲,人们可以形象地看到泛音石英晶体,像是摆在长链上的钟摆。在基本音调中,只有钟摆摆动,而在泛音中,每个单独的链节也摆动。


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