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AT切割晶振晶體板面剪切振動的頻譜圖和頻率溫度特性

來源：http://www.py519.com 作者：億金電子 2019年05月07

基于Mindlin板的理論,得到AT切割石英晶體板面剪切振動的頻譜圖,以及面剪切振動的頻率溫度特性結果,并且與實際樣品的量測值進行比對.TXC晶振公司分別以三維精確理論和一階板的理論對AT切割石英晶體板Z軸方向面剪切振動進行理論推導,計算出的頻譜圖可幫助晶片設計人員選擇合適的晶片尺寸來避開厚度剪切振蕩和面剪切振蕩的偶合.
AT切割晶振晶體板面剪切振動的頻譜圖和頻率溫度特性分析.溫度特性對石英晶體諧振器來說至關重要,本文通過理論推導得出了Z軸方向的面剪切振蕩的頻率溫度特性結果,這部份的結果結合頻譜圖可以幫助晶振晶片設計人員找到在一定的溫度范圍內都無偶合情況出現的晶片尺寸.

石英晶體板的截面圖

AT切割晶振晶體因為其良好的頻率溫度特性被廣泛地應用于壓電諧振器的制作中.它所利用的振動形態是位移與1x（對角軸）方向平行的厚度剪切振動模態.然而石英晶體是各向異性的材料,晶體板的振動除了厚度剪切振動模態以外還存在很多不被需要的寄生模態.在實際的石英晶體諧振器的設計中,如何選擇好合適的石英晶振晶體板的尺寸來避開寄生模態和厚度剪切振動模態的偶合,是工程技術人員最關心的問題.
面剪切振蕩是最早期被發現的寄生模態之一,關于它的理論推導早在70年代就已經由Mindlin提出.Mindlin對面剪切振動模態的推導是基于三維理論的基礎上進行的,為了能用較為簡單的表達式來表達出解的形式,對石英晶振板的模型進行了簡化,并且為符合自由邊界條件,還假設板的橫截面不再是矩形,而是存在一定傾斜角（Mindlin Angle）的平行四邊形.

典型石英晶體板的模型圖

在這篇論文中,TXC Crystal對Mindlin的推導過程進行了說明,同時我們利用一階板的理論也對面剪切振動進行了推導,而模型的假設不需要有Mindlin Angle.然后,利用三維理論和一階板理論的推導結果分別計算出了頻譜圖.設計人員可根據它選擇到避開兩模態偶合的晶體板3x方向尺寸外對根據兩種理論計算出的頻譜圖的比較,也說明了兩種理論間的異同點.
石英貼片晶振,石英晶體諧振器正在被廣泛地應用于各個領域.對于產品特性的要求也逐步提高,特別是產品的溫度特性,越來越被客戶所重視.目前石英晶體,貼片晶振的產品設計不但要排除常溫下寄生模態和厚度剪切振蕩的偶合,還要考慮產品被應用的溫度范圍的情況.
本文在一階板理論推導的基礎上,考慮熱膨脹系數和熱彈性系數,計算了面剪切振蕩的頻率溫度特性結果,通過這個計算可讓設計人員掌握晶振面剪切振蕩形態隨溫度的變化形態,方便在設計時在常溫下避開模態偶合的同時也能預估產品在應用的溫度區間模態的偶合情況.實際產品量測結果也包含與此論文中,以便對理論計算和實際量測結果的差異進行比較.更多相關信息內容歡迎登入億金官網查看了解.

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