一、晶振分類
一般晶振分為兩種:有源晶振、無源晶振。
有源晶振也叫晶體振蕩器,Oscillator;無源晶振有時也叫無源晶體,Crystal,晶體諧振器。至于哪個名字更專業、更準確,我覺得無需爭論,名字只是代號而已,大家工作中溝通能知道說的是什么就行。
簡單來說,有源晶振自己供上電就能輸出振蕩信號;無源晶體必須額外增加電路才能振蕩起來。

以上分類是從使用角度來說的,如果我們單看晶振的內部構造,就會發現有源晶振內部是包含了一個無源晶振,然后再將阻容、放大等電路也包含進去,整體封裝好再給我們用。

有源晶振內部構造包含了無源晶振,所以一般來說,有源晶振比無源晶振要貴。另一方面,我們只要了解了無源晶振的特性,有源晶振也就差不多了。畢竟,有源晶振可以看成是無源晶振做成的一個具體電路,供上電就能輸出振蕩信號了。
所以,下面我們就只看無源晶振(晶體諧振器)。
二、晶體諧振器構造
首先,晶體諧振器里面的晶體指的是石英晶體,化學式是二氧化硅SiO2。
石英的特點是:熱膨脹系數小、Q值高、絕緣等。

石英可以做成晶體諧振器,主要是利用了壓電效應。壓電效應又分為正壓電效應和逆壓電效應,以下是百度百科對其的定義:

意思對應下圖:

晶體的構造示意圖如下:

上圖左邊是晶體構造的示意圖,右邊是我們常見的晶振的符號,二者是不是很像?
根據對前面壓電效應的理解,晶體可以將電能轉化為機械能,然后機械能又能轉化為電能。如果給晶體通上交流電,那不就是一會兒收縮,一會兒膨脹,這不就是機械振動嗎?
我們知道,機械振動的物理尺寸和結構固定之后,它本身一般就有一個固有的振動頻率。當外加信號的頻率與固有振動頻率相等時,就會發生共振,產生諧振現象。
顯然,晶振的頻率,應該說的就是這個固有振蕩頻率。再從無源晶體也叫“晶體諧振器”,此處的“諧振”應該就是這個意思吧。
除此之外,既然工作原理是機械振動,那么性能自然跟晶體的尺寸和結構有著非常大的關系。這方面我也查了一下,確實如此。
三、晶振頻率與切片厚度,切割工藝的關系
切割工藝,就是對晶體坐標軸某種角度去切割。切型有非常多的種類,因為石英是各向異性的,所以不同的切型其物理性質不同。
切面的方向與主軸的夾角對其性能有著非常重要的影響,比如頻率穩定性、Q值、溫度性能等。

常見的切割類型有兩種:AT和BT切。
同種頻率的晶振,AT切比BT切的溫度系數要小,切片厚度要薄,但是Q值比BT切要低。
下面是晶體頻率同切片厚度、切割類型的關系:

一般晶振手冊中也會給出切割類型,不知道大家有沒有關注過這個參數呢?

四、特殊的晶振——32.768Khz
從上圖可以看出,AT切的20Mhz晶振的切片很薄,只有0.083mm,但是頻率降低到32.768Khz,如果還是AT切,那么厚度就是0.083mm*20Mhz/32.768Khz=50.66mm。
顯然,這個尺寸太大了!
我們現實中看到的32.768khz的晶振顯然是沒有這么大的,所以可以肯定的是,32.768Khz的晶振不是AT、BT切,應該是別的方式。
32.768Khz一般是音叉的結構,就是下面這種:

32.768Khz晶振的 MC-146封裝
