晶体的振动模式选择与抑制详解

晶体的振动模式选择与抑制详解

一个晶体其实有无数个固有谐振频率，AT切的有1,3,5，7等奇次谐波，SC的还有A,B,C三种振荡模式，此外还可能有我们称之为杂散（SPURIOUS）的频率。如何选出我们需要的模式是十分重要的，即使是AT切基频晶体也应当加以考虑。如果晶振电容取值不当，使晶体过驱，器件跳入泛音振荡频率。
晶体的振动模式选择与抑制，一般由电路来实现。电路实现的方法有很多种。对于并联谐振电路一般使用相位抑制方法，而串联谐振电路一般使用幅度抑制。我们知道，电路振荡必须满足相位平衡条件和幅度平衡条件，我们寻找的就是这样一个电路，它在需要的频率上可以同时满足这2个条件，而在其它频率上则破坏其中至少一个条件。
仍以SC切10M晶体为例，在不加电路抑制的情况下，比较可能产生振荡的是B1、C1、B3、C3四个频率，C3才是我们需要的频率。从C3看过去，B1、C1差别不大，只要C1能抑制，B1也能抑制，后面分析将只讨论C1。
1.基本振荡电路的交流等效电路如下图所示，晶体相当于电感，与Ca/Cb构成三点式振荡。

2.如果我们使用的是10M泛音晶体，则需要抑制3.3M的基频，可以采用如下的电路：

图中使用L1//C1取代了原来的Cb，分析这个电路的阻抗特性可知，L1并联C1在3.3MHz处阻抗为正，呈感性；在10MHz处阻抗为负呈容性（等效电容150PF），因此在3.3M处不能满足振动的相位条件，而在10M却可以。当然使用L1//C1取代了原来的Ca也是可以的。
3.如果我们使用的是SC切10M泛音晶体，则需要抑制3.3M的基频和10.9M的B模频率，可以采用如下的电路：

在图2的基础上，进一步用L2串联C2代替原先的电容Ca。分析这个电路的阻抗特性可知，L2串联C2在10.9MHz处阻抗为正，呈感性；在10MHz处阻抗为负呈容性（等效电容约150PF），因此在10.9M处不能满足振动的相位条件，而在10M却可以。
这样，电路分别用L1并联C1抑制频率比较低的基频，用L2串联C2抑制频率比较高的B模。
4. SC切10M泛音晶体，还可以采用如下的电路：

该电路不是分别抑制基频和B模，对L1C1L2C2部分电路做阻抗分析：

模式	频率	总阻抗/欧姆	等效电容/PF
C1	3.3M	63.96	-747
C3	10M	-105.7	150.6
B3	10.9M	472.9	-30.8

因此该电路也能起到抑制基频和B模的目的。与图3相比，该电路多使用一个电容，但因为其使用了较小的电感值，反而最终电路尺寸可能会更小。

5.同理分析，以下这个电路也可以起作用：

类似这样的电路形式可以举出很多，其出发点都是从并联振荡的相位条件入手。
6.在串联振荡电路中，一般会使用幅度抑制的办法，如下图：

L1C1并联谐振在10M，对10M有最大的幅度放大，其它频率则不同程度地衰减。使用Q2作缓冲，提高了L1C1的有载Q值，使其保持很好的选择性。其它的电路形式和其它带通滤波器件的使用也都是可以的考虑的。
以上均是从电路角度考虑抑制，有资料介绍可以从晶体本身进行抑制，如电极形状的改变：这样将大大简化电路设计的工作。