晶振是一种用于提供高精度时间标准信号的元器件,它的基本原理是利用石英晶体的压电效应产生震荡。晶振的压电效应指的是当石英晶体受到外力变形时,晶体内部会产生电荷分布不平衡,从而产生电压。
在晶振的封装中,晶体通常是以固定的方式存在。因为晶体是压电体,所以在这些固定的结构中,晶体的压力、应力和形变等参数都是有固定的数值范围。因此,在脚的硅片接触面上,晶体的体积变化范围、位移和应变等参数也是有固定的数值范围,这些参数决定了晶振的频率。
对于一个一般的振荡器,需要同时满足以下两个条件才能实现正常的振荡:
1)振幅放大系数必须大于1;
2)相位差必须为360度(或整数倍的360度)。
如果上述任何一个条件不满足,则振荡器会失去稳定性,无限放大,最终烧毁。
而对于晶振来说,由于晶体外力作用的不对称性,导致两个脚的晶片体积变化、位移和应变等参数不同,从而导致振荡频率不同。这也是为什么两个脚频率不同的原因。
在晶振振荡的过程中,需要一个外加电场来驱动石英晶体。此时,晶体内部会产生电荷分布不平衡,从而产生电压。因此,把外加电场加在晶体的两个面上,可以增加晶体的振幅,从而提高晶振的振荡效率。
另外,由于晶片的尺寸越来越小,为了保证晶片振荡时的稳定性,需要增加晶片的厚度。而增加晶片厚度的同时,也会增加振动质量,从而减小了晶片的振幅。加上一个反向的振荡电路,就可以实现把晶片的振动状态锁定在一个稳定的状态,提高晶振的精度和稳定性。
当两个脚频率不一致时,会导致输出的振荡信号不规则、不稳定,进而影响到整个电路的工作稳定性。因此,在实际应用中,为了避免这种情况的发生,通常会采用几种方法对振荡波形进行调整和修正,比如使用晶振频率分频、锁相环等技术。