愛普生石英振盪器產品特性和設計概念(上)
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愛普生石英振盪器產品特性和設計概念(上)
愛普生石英振盪器設計方式介紹 (AT技術)
AN0025(April,2022)
文: 邱秉毅，服務於台灣愛普生科技股份有限公司 電子零件事業部。
傳統石英振盪器設計輸出頻率主要與石英晶片厚度有關，但選擇設計方式決定輸出特性優、劣有關 性，目前業界中主要採用四種主流電路設計方式 (參閱圖一)，
搭載和輸出頻率相同(或整數乘二或除二)的石英晶片，設計電路所製造的石英振盪器， (石英晶片經過研磨，和上下電極組成的最後總厚度，決定特定諧振頻率，輸出頻率，如下圖)
二. AT+PLLXO
使用標準石英晶片設計，利用振盪電路內部中鎖相迴路 (AT+PLL 設計模式)，得到任意頻率
高頻基本波，振盪電路技術 (High Frequency Fundamental 設計模式)
四. 3ʳᵈ Over-Tone XO
利用石英晶片單元基本波諧振時，其三倍頻 (3rd Overtone)為諧振信號源，輸出其頻率。
【第一單元】石英振盪器採用 AT Crystal 基本波諧振頻率設計模式
以上為本篇愛普生石英振盪器產品特性和設計概念的第一單元，如有任何石英元件或石脈需求或問題時，可洽詢台灣愛普生公司各授權電子零件代理商。
AN0025(April,2022)
文: 邱秉毅，服務於台灣愛普生科技股份有限公司 電子零件事業部。
本篇我們將介紹傳統石英振盪器設計各種主流設計，內部搭載的石英元件應用方法和相關振盪電路設計的各種方法，特別是其設計下相關的優點、缺點，常被挑選的產品或電路設計應用，各主流石英振盪電路各有其優點，缺點，或許是反應在頻率電氣特性指標上，亦或是其零件生產成本上，或是零件生產後的品質和穩定性，
我們會在本篇文章，分為上、中、下部三個單元，分別和讀者說明，本篇將為第一單元。
我們會在本篇文章，分為上、中、下部三個單元，分別和讀者說明，本篇將為第一單元。
石英元件業界，石英振盪器設計主要電路方式種類
傳統石英振盪器設計輸出頻率主要與石英晶片厚度有關，但選擇設計方式決定輸出特性優、劣有關 性，目前業界中主要採用四種主流電路設計方式 (參閱圖一)，
圖一. 石英振盪器設計主流方式
一. AT-XO ( Crystal Oscillator )
搭載和輸出頻率相同(或整數乘二或除二)的石英晶片，設計電路所製造的石英振盪器， (石英晶片經過研磨，和上下電極組成的最後總厚度，決定特定諧振頻率，輸出頻率，如下圖)
圖二. 石英振盪器設計主流方式
二. AT+PLLXO
使用標準石英晶片設計，利用振盪電路內部中鎖相迴路 (AT+PLL 設計模式)，得到任意頻率
三. HFF XO
高頻基本波，振盪電路技術 (High Frequency Fundamental 設計模式)
四. 3ʳᵈ Over-Tone XO
利用石英晶片單元基本波諧振時，其三倍頻 (3rd Overtone)為諧振信號源，輸出其頻率。
電路設計者選擇何種設計方式的石英振盪器產品，取決於應用電路所需規格和特性，此四種設計方式製造的石英振盪器，提供不同等級特性規格，
包含:頻率精準度、頻率溫度誤差、輸出信號上升、下降時間、抖動值(相位)....等特性上差異。
通常需要高頻信號參考頻率的高速網路應用，常使用到上列第四種，透過基頻諧振信號中，三倍頻 (3ʳᵈ OverTone)特性，設計製造出的高頻時脈振盪器，它的信號品質和三倍頻條件下等效電阻特性(為 該石英晶片基頻條件下等效電阻的三倍)所生產製造品質穩定度較難控制，因此，愛普生時脈元件產 品線中未提供三倍頻設計的石英振盪器，
【第一單元】石英振盪器採用 AT Crystal 基本波諧振頻率設計模式
石英振盪器(參考圖三)，使用內部搭載 AT 石英元件單元使用其諧振基本波(或是透過電路處理，將原基本諧振頻率透過整數除二或是乘二達成)，設計本模式主要優點有:
1) 工作溫度範圍內，其頻率精準度穩定，
2) 可覆蓋頻率範圍 1MHz ~ 80MHz (缺點，為高頻化困難)
3) 晶片大小尺寸可進行調整，僅需控制石英晶片厚度(小型化更佳)
4) 高、低溫需求僅需調整石英晶片切割角度即可。
5) 優異的 Jitter 特性，和高穩定產品製造品質。
2) 可覆蓋頻率範圍 1MHz ~ 80MHz (缺點，為高頻化困難)
3) 晶片大小尺寸可進行調整，僅需控制石英晶片厚度(小型化更佳)
4) 高、低溫需求僅需調整石英晶片切割角度即可。
5) 優異的 Jitter 特性，和高穩定產品製造品質。
圖三. 石英振盪器內部結構
一般供應商進行晶片加工方式，目前有兩種方式：傳統機械加工、光蝕刻製程(參考圖四)。
愛普生目前新推出的石英振盪器，主要採用「光蝕刻製程」”技術，進行晶片表面加工，其產能與精準度皆能達到完美配合，實際運用到石英振盪器設計中，且具有高穩定、高精度等特性優勢。
石英晶體原材料進行光蝕刻製程，經此加工技術更可提供的小型化、高性能，高度一致性得晶體單 元。石英振盪器內部所搭載的石英晶體單元，其基本波諧振頻率典型值和晶片厚度搭配振盪 IC 達到 輸出效果(參考圖二)，晶片厚度決定輸出頻率高、低，此為最基本設計方式。當輸出頻率越高，石英厚度越薄，加工難度越高，為滿足加工與良率平衡，其晶片尺寸越小越能達此目的，故光蝕刻製 程最適合進行晶片加工首選。
圖四. 傳統石英晶體振盪單元和光蝕刻加工比較
以上為本篇愛普生石英振盪器產品特性和設計概念的第一單元，如有任何石英元件或石脈需求或問題時，可洽詢台灣愛普生公司各授權電子零件代理商。
