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爱普生公司的QMEMS技术如何实现AT晶振高频输出

作者:爱普生代理江苏南山 发布时间:2020-09-22分类:选型与应用浏览:84次

MHz晶体谐振器由于频率较高,采用AT切割方式实现高频振荡。目前行业内一般是用机械加工方式对石英晶体进行切割,已使石英晶体达到指定的频率,封装后出厂。而爱普生基于40年左右的技术研发积累,在MHz无源晶振的生产工艺中摒弃了机械加工方式,采用QMEMS这种激光刻加工方式因其不受石英芯片大小的影响,可使石英片的形状保持均一,即便是超小型的石英芯片,也能达到比机械加工更小的偏差。所以我们发现爱普生的MHz级晶振尺寸越做越小,功耗越做月低,目前1.0*0.8mm的小尺寸FA1008AN石英晶振已经批量投产。

AT晶振TSX-3225_fa-20h.jpg

EPSON的QMEMS光刻技术是如何超越机械切割方式实现超越的呢?以下爱普生石英晶振晶体代理商-南山电子官方网站小编分别从普通的机械加工的痛点以及两种切割方式对晶振温度特性的对比方面做了简要介绍。对

【1】什么是反向台形 AT 型石英晶体谐振器

英 语名称中的“Mesa”这个词起源于西班牙语,意思是“周围是悬崖峭壁的台形地貌”,通常把截面加工成台形的半导体晶体管等称为“台形结构”。反向台形 AT 型石英晶体谐振器指把 AT 切割石英片的一部分(振荡部分) 切割成凹陷的台形的结构(与台形结构相反)。反向台形 AT 型石英晶体的结构如图 1 所示。AT 型石英晶体谐振器的石英片越薄,所起振的频率越高。但是,通常机械性研磨实现批量、稳定生产的频率限度为以基波起振 50MHz 左右(石英片厚度为约 30μm)。如果需要使用 AT型石英晶体获得大于上述限度的频率,经常使用高次振动的振动模式(三次谐波)达到 50MHz 至 150MHz。因此,为了获得高频,就需要使用复杂的电路控制三次谐波等振动模式。爱普生应用进行光刻加工的 QMEMS 技术,生产出只将激励部分加工成几微米的反向台结构,既保证了芯片的强度又能以基波起振高频,以此解决上述问题。

【2】爱普生公司的QMEMS技术如何实现AT晶振高频输出 ?

AT 型石英晶体的振荡是典型的厚度变形振荡,其理想的振荡状态是只在中央部分振荡,而周围部分不产生振荡。对于 MHz 频带中较低频带的 AT 型石英晶体,大多使用倒角加工,使石英片的中央部分与周围的厚度不同,从而获得该效果。图 2 表示原来的机械加工方式和使用了光刻加工的 QMEMS 方式的概略。由于机械加工利用石英芯片自身重量进行加工,所以石英芯片越小,加工难度越大,偏差也随之增加并影响特性。与此相比,QMEMS 技术的光刻加工不受石英芯片大小的影响,可使石英片的形状保持均一,即便是超小型的石英芯片,也能达到比机械加工更小的偏差,从而实现图 3 所示的优越的温度特性。 

AT晶体谐振器高频输出实现原理图


综上所述,在高频领域,也能够使用 QMEMS 技术生产出图 1 所示的反向台结构,既保持石英芯片的强度,又能以基波起振高频,以此提供具有稳定性能的产品。 

 

【3】使用反向台形 AT 型石英晶体的产品及其特征 

 在爱普生的产品中,使用以 QMEMS 技术实现基波起振高频的反向台形 AT 型石英晶体的产品如下: 

①SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator,石英晶体振荡器)中的 SG-210S*H、SG-770***/SG-771***;

②VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator,压控晶体振荡器)中的 VG-45**系列。 

 VCXO 的频率随外部施加的控制电压而变化,主要应用于基站和光传送设备。近年,由于数据通信不断趋向高速化及大容量化,市场对高频与稳定信号源的需求日益增加。因此,具有高频、良好的温度特性及优越的噪

音特性的 AT型石英晶体已成为备受瞩目的存在。 

 图 4表示使用反向台形 AT 型石英晶体的 VCXO 产品 VG-4513CB 与本公司原有产品(倍频型)的失真成分比较。 

 本公司原有产品(以 122.88MHz 起振的 4 倍频) VG-4513CB (以 491.52MHz 的基波起振)

爱普生AT晶振失真特性的比较

为 获得高频而使用锁相环或倍频电路时(图 4 左),其缺点是将产生信号以外的噪音(失真成分)导致抖动特性下降。使用反向台形 AT 型石英晶体时(图 4 右)能以基波起振高频,因此不会产生类似以前产品的失真成分,实现低抖动特性。以基波直接起振高频的优势大,我们认为它将成为不断增加的基础设备的不可或 缺的关键部件。 


爱普生AT型晶振的典型型号与参数:

产品编码 主要参数
X1E000021011900 TSX-3225 16MHz 12pF 10ppm
X1E000021077100 TSX-3225 16.384MHz 8pF 10ppm
X1E000021011700 TSX-3225 16MHz 9pF10PPM
X1E000021086400 TSX-3225 19.2MHz 12pF 10ppm
X1E000021089200 TSX-3225 19.2MHz 7pF 10ppm
X1E000021062400 TSX-3225 20MHz 12pF 10ppm
X1E000021024600 TSX-3225 20MHz 9pF 10ppm
X1E000021012800 TSX-3225 24MHz 10pF 10ppm
X1E000021090700 TSX-3225 24MHz 12pF 10ppm
X1E000021026400 TSX-3225 24MHz 18pF 10ppm
X1E000021012600 TSX-3225 24MHz 8pF 10ppm
X1E000021012700 TSX-3225 24MHz 9pF 10ppm
X1E000021106300 TSX-3225 24.576MHz 7pF 10ppm
X1E000021064800 TSX-3225 25MHz 18pF 10ppm
X1E000021013600 TSX-3225 25MHz 8pF 10ppm
X1E000021013800 TSX-3225 25MHz 10pF 10ppm
X1E000021061000 TSX-3225 25MHz 12pF 10ppm
X1E000021080900 TSX-3225 26MHz 10pF 10ppm
X1E000021014700 TSX-3225 26MHz 9pF 10ppm
X1E000021015800 TSX-3225 27MHz 10pF 10ppm
X1E000021015900 TSX-3225 27MHz 12pF 10ppm
X1E000021068000 TSX-3225 27.12MHz 10pF 10ppm
X1E000021086000 TSX-3225 27.12MHz 12pF 10ppm
X1E000021059600 TSX-3225 30MHz 10pF 10ppm
X1E000021048100 TSX-3225 30MHz 12pF 10ppm
X1E000021029500 TSX-3225 30MHz 9pF 10ppm
X1E000021016700 TSX-3225 32MHz 9pF 10ppm
X1E000021016900 TSX-3225 32MHz 12pF 10ppm
X1E000021021800 TSX-3225 38.4MHz 10pF 10ppm
X1E000021017900 TSX-3225 40MHz 12pF 10ppm
X1E000021083400 TSX-3225 48MHz 10pF 10ppm
X1E000021076200 TSX-3225 48MHz 18pF 10ppm
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