Кварцевый генератор

Схема электронного генератора

Кварцевый генератор — это электронная схема генератора , в которой в качестве частотно-селективного элемента используется пьезоэлектрический кристалл . ^{[1] [2] [3]} Частота генератора часто используется для отслеживания времени, например, в кварцевых наручных часах , для обеспечения стабильного тактового сигнала для цифровых интегральных схем и для стабилизации частот радиопередатчиков и приемников . Наиболее распространенным типом пьезоэлектрического резонатора является кристалл кварца , поэтому генераторные схемы, включающие их, стали известны как кварцевые генераторы. ^[1] Однако в аналогичных схемах используются и другие пьезоэлектрические материалы, включая поликристаллическую керамику.

Кварцевый осциллятор основан на небольшом изменении формы кристалла кварца под действием электрического поля – свойстве, известном как обратное пьезоэлектричество . Напряжение, приложенное к электродам кристалла, заставляет его менять форму; когда напряжение снимается, кристалл генерирует небольшое напряжение, упруго возвращаясь к своей первоначальной форме. Кварц колеблется на стабильной резонансной частоте, ведя себя как цепь RLC , но с гораздо более высокой добротностью (меньшие потери энергии на каждом цикле колебаний). Как только кристалл кварца настроен на определенную частоту (на которую влияет масса электродов, прикрепленных к кристаллу, ориентация кристалла, температура и другие факторы), он поддерживает эту частоту с высокой стабильностью. ^[4]

Кристаллы кварца производятся для частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц. По состоянию на 2003 год ежегодно производится около двух миллиардов кристаллов. ^[5] Большинство из них используются для потребительских устройств, таких как наручные часы , радиоприемники , компьютеры и мобильные телефоны . Однако в приложениях, где необходимы малые размеры и вес, кристаллы можно заменить тонкопленочными объемными акустическими резонаторами , особенно если необходим сверхвысокий частотный (более примерно 1,5 ГГц) резонанс. Кристаллы кварца также встречаются внутри испытательного и измерительного оборудования, такого как счетчики, генераторы сигналов и осциллографы .

Терминология

Кварцевый резонатор (слева) и кварцевый генератор (справа)

Кварцевый генератор — это схема типа электрического генератора , в которой в качестве элемента, определяющего частоту, используется пьезоэлектрический резонатор — кристалл. Кристалл — это общий термин, используемый в электронике для обозначения компонента, определяющего частоту, пластины из кристалла кварца или керамики с подключенными к ней электродами. Более точный термин «кристалл» — пьезоэлектрический резонатор . Кристаллы также используются в других типах электронных схем, например, в кварцевых фильтрах .

Пьезоэлектрические резонаторы продаются как отдельные компоненты для использования в схемах кварцевых генераторов. Их также часто объединяют в одном корпусе со схемой кварцевого генератора.

История

Кварцевые генераторы 100 кГц в Национальном бюро стандартов США, которые служили стандартом частоты для Соединенных Штатов в 1929 году.

Очень ранние кристаллы Bell Labs из международной коллекции Vectron.

Пьезоэлектричество было открыто Жаком и Пьером Кюри в 1880 году. Поль Ланжевен первым исследовал кварцевые резонаторы для использования в гидролокаторах во время Первой мировой войны. Первый генератор с кварцевым управлением , использующий кристалл сешельовой соли , был построен в 1917 году и запатентован ^[6] в 1918 Александр М. Николсон в Bell Telephone Laboratories , хотя его приоритет оспаривался Уолтером Гайтоном Кэди . ^[7] Кэди построил первый кварцевый генератор в 1921 году. ^[8] Другими ранними новаторами в области кварцевых генераторов являются Г. В. Пирс и Луи Эссен .

Кварцевые генераторы были разработаны для высокостабильных опорных частот в 1920-х и 1930-х годах. До кристаллов радиостанции контролировали свою частоту с помощью настроенных схем , которые могли легко отклоняться от частоты на 3–4 кГц. ^[9] Поскольку радиовещательным станциям были назначены частоты на расстоянии всего 10 кГц (Америка) или 9 кГц (в других странах), помехи между соседними станциями из-за дрейфа частоты были распространенной проблемой. ^[9] В 1925 году компания Westinghouse установила кварцевый генератор на своей флагманской станции KDKA, ^[9] и к 1926 году кристаллы кварца использовались для управления частотой многих радиовещательных станций и были популярны среди радиолюбителей. ^[10] В 1928 году Уоррен Маррисон из Bell Telephone Laboratories разработал первые кварцевые часы . С точностью до 1 секунды за 30 лет (30 мс/год, или 0,95 нс/с) ^[8] кварцевые часы заменили прецизионные маятниковые часы как самые точные в мире хронометры, пока в 1950-х годах не были разработаны атомные часы . Используя первые наработки в Bell Labs, AT&T в конечном итоге основала подразделение по производству продуктов для управления частотой, которое позже выделилось и сегодня известно как Vectron International. ^[11]

В это время ряд фирм начали производить кристаллы кварца для электронного использования. Используя методы, которые сейчас считаются примитивными, в 1939 году в Соединенных Штатах было произведено около 100 000 кристаллов. Во время Второй мировой войны кристаллы производились из природного кристалла кварца, практически все из Бразилии . Нехватка кристаллов во время войны, вызванная необходимостью точного контроля частоты военных и военно-морских радиоприемников и радаров , стимулировала послевоенные исследования по культивированию синтетического кварца, и к 1950 году в Bell Laboratories был разработан гидротермальный процесс выращивания кристаллов кварца в промышленных масштабах . К 1970-м годам практически все кристаллы, используемые в электронике, были синтетическими.

В 1968 году Юрген Штаудте изобрел фотолитографический процесс производства кварцевых генераторов, работая в компании North American Aviation (ныне Rockwell ), что позволило сделать их достаточно маленькими для портативных продуктов, таких как часы. ^[12]

Хотя в кварцевых генераторах по-прежнему чаще всего используются кристаллы кварца, все более распространенными становятся устройства, использующие другие материалы, такие как керамические резонаторы .

Режимы колебаний кристалла

Принцип

Кристалл — это твердое тело , в котором составляющие его атомы , молекулы или ионы упакованы в регулярно упорядоченный повторяющийся узор, простирающийся во всех трех пространственных измерениях.

Почти любой объект, сделанный из эластичного материала, можно использовать как кристалл с соответствующими преобразователями , поскольку все объекты имеют собственные резонансные частоты вибрации . Например, сталь очень эластична и обладает высокой скоростью звука. До кварца его часто использовали в механических фильтрах . Резонансная частота зависит от размера, формы, эластичности и скорости звука в материале. Высокочастотные кристаллы обычно имеют форму простого прямоугольника или круглого диска. Низкочастотные кристаллы, например те, которые используются в цифровых часах, обычно имеют форму камертона . В приложениях, не требующих очень точной синхронизации, вместо кварцевого кристалла часто используется недорогой керамический резонатор .

Когда кристалл кварца правильно огранен и установлен, его можно деформировать в электрическом поле , приложив напряжение к электроду рядом с кристаллом или на нем. Это свойство известно как обратное пьезоэлектричество . Когда поле снимается, кварц генерирует электрическое поле, возвращаясь к своей предыдущей форме, и это может генерировать напряжение. В результате кристалл кварца ведет себя как цепь RLC , состоящая из катушки индуктивности , конденсатора и резистора , с точной резонансной частотой.

Кварц имеет еще одно преимущество: его упругие константы и размер изменяются таким образом, что зависимость частоты от температуры может быть очень низкой. Конкретные характеристики зависят от вида вибрации и угла огранки кварца (относительно его кристаллографических осей). ^[13] Поэтому резонансная частота пластины, зависящая от ее размера, не сильно меняется. Это означает, что кварцевые часы, фильтр или генератор остаются точными. Для критически важных применений кварцевый генератор монтируется в контейнере с регулируемой температурой, называемом кристаллической печью , а также может быть установлен на амортизаторах для предотвращения возмущений внешними механическими вибрациями.

Моделирование

Электрическая модель

Кристалл кварца можно смоделировать как электрическую сеть с близко расположенными друг к другу резонансными точками с низким (последовательным) и высоким (параллельным ) импедансом . Математически, используя преобразование Лапласа , импеданс этой сети можно записать как:

Принципиальное обозначение и эквивалентная схема кристалла кварца в генераторе.

${\displaystyle Z(s)=\left({{\frac {1}{s\cdot C_{1}}}+s\cdot L_{1}+R_{1}}\right)\left\|\left({\frac {1}{s\cdot C_{0}}}\right)\right.,}$

или

${\displaystyle {\begin{aligned}Z(s)&={\frac {s^{2}+s{\frac {R_{1}}{L_{1}}}+{\omega _{\mathrm {s} }}^{2}}{\left(s\cdot C_{0}\right)\left[s^{2}+s{\frac {R_{1}}{L_{1}}}+{\omega _{\mathrm {p} }}^{2}\right]}}\\[2pt]\Rightarrow \omega _{\mathrm {s} }&={\frac {1}{\sqrt {L_{1}\cdot C_{1}}}},\quad \omega _{\mathrm {p} }={\sqrt {\frac {C_{1}+C_{0}}{L_{1}\cdot C_{1}\cdot C_{0}}}}=\omega _{\mathrm {s} }{\sqrt {1+{\frac {C_{1}}{C_{0}}}}}\approx \omega _{\mathrm {s} }\left(1+{\frac {C_{1}}{2C_{0}}}\right)\quad \left(C_{0}\gg C_{1}\right)\end{aligned}}}$

где – комплексная частота ( ), – последовательная резонансная угловая частота , – параллельная резонансная угловая частота. ${\displaystyle s}$ ${\displaystyle s=j\omega }$ ${\displaystyle \omega _{\mathrm {s} }}$ ${\displaystyle \omega _{\mathrm {p} }}$

Добавление емкости поперек кристалла приводит к уменьшению (параллельной) резонансной частоты. Добавление индуктивности в кристалле приводит к увеличению (параллельной) резонансной частоты. Эти эффекты можно использовать для регулировки частоты колебаний кристалла. Производители кристаллов обычно обрезают и подстраивают свои кристаллы, чтобы получить заданную резонансную частоту с известной «нагрузочной» емкостью, добавленной к кристаллу. Например, кристалл, предназначенный для нагрузки 6 пФ, имеет заданную параллельную резонансную частоту, когда к нему подключен конденсатор емкостью 6,0 пФ. Без емкости нагрузки резонансная частота выше.

Резонансные режимы

Кристалл кварца обеспечивает как последовательный, так и параллельный резонанс. Последовательный резонанс на несколько килогерц ниже параллельного. Кристаллы с частотой ниже 30 МГц обычно работают между последовательным и параллельным резонансом, что означает, что в работе кристалл выступает в роли индуктивного реактивного сопротивления , причем эта индуктивность образует параллельный резонансный контур с внешне подключенной параллельной емкостью.

Частотная характеристика кристалла 100 кГц, демонстрирующая последовательный и параллельный резонанс.

Любая небольшая дополнительная емкость параллельно кристаллу снижает частоту. Более того, эффективное индуктивное сопротивление кристалла можно уменьшить, добавив последовательно с кристаллом конденсатор. Этот последний метод может обеспечить полезный метод настройки частоты колебаний в узком диапазоне; в этом случае включение конденсатора последовательно с кристаллом увеличивает частоту колебаний. Чтобы кристалл мог работать на заданной частоте, электронная схема должна быть именно такой, как указано производителем кристалла. Обратите внимание, что эти пункты подразумевают тонкость, касающуюся кварцевых генераторов в этом диапазоне частот: кристалл обычно не колеблется точно ни на одной из своих резонансных частот.

Кристаллы с частотой выше 30 МГц (до > 200 МГц) обычно работают при последовательном резонансе, при котором импеданс оказывается минимальным и равен последовательному сопротивлению. Для этих кристаллов указывается последовательное сопротивление (<100 Ом) вместо параллельной емкости. Чтобы достичь более высоких частот, кристалл можно заставить вибрировать на одной из его обертонных мод, которые возникают вблизи кратных основной резонансной частоты. Используются только нечетные обертоны. Такой кристалл называется кристаллом 3-го, 5-го или даже 7-го обертона. Для этого схема генератора обычно включает в себя дополнительные LC-цепи для выбора желаемого обертона.

Температурные эффекты

Частотная характеристика кристалла зависит от формы или «огранки» кристалла. Кристалл камертона обычно вырезают так, чтобы его частотная зависимость от температуры была квадратичной с максимумом около 25 ° C. ^{[ нужна цитация ]} Это означает, что кварцевый генератор камертона резонирует близко к целевой частоте при комнатной температуре, но замедляется, когда температура увеличивается или уменьшается по сравнению с комнатной температурой. Обычный параболический коэффициент для кристалла камертона с частотой 32 кГц составляет -0,04 ppm/°C ² : ^{[ нужна ссылка ]}

${\displaystyle f=f_{0}\left[1-0.04~{\text{ppm}}/^{\circ }{\text{C}}^{2}\cdot (T-T_{0})^{2}\right].}$

В реальном применении это означает, что часы, построенные с использованием обычного камертона с частотой 32 кГц, показывают хорошее время при комнатной температуре, но теряют 2 минуты в год при температуре на 10 °C выше или ниже комнатной и теряют 8 минут в год при 20 °C. °C выше или ниже комнатной температуры из-за кристаллов кварца.

Схемы кварцевого генератора

Схема кварцевого генератора поддерживает колебания, принимая сигнал напряжения от кварцевого резонатора , усиливая его и подавая обратно в резонатор. Скорость расширения и сжатия кварца является резонансной частотой и определяется огранкой и размером кристалла. Когда энергия генерируемых выходных частот соответствует потерям в цепи, колебания могут поддерживаться.

Кристалл генератора состоит из двух электропроводящих пластин, между которыми находится кусочек или камертон кварцевого кристалла. Во время запуска схема управления приводит кристалл в нестабильное равновесие , и из-за положительной обратной связи в системе любая крошечная часть шума усиливается, увеличивая колебания. Кварцевый резонатор также можно рассматривать как высокочастотный фильтр в этой системе: он пропускает только очень узкий поддиапазон частот вокруг резонансной, ослабляя все остальное. В конце концов, активна только резонансная частота. По мере того, как генератор усиливает сигналы, выходящие из кристалла, сигналы в полосе частот кристалла становятся сильнее, в конечном итоге доминируя на выходе генератора. Узкая резонансная полоса кристалла кварца отфильтровывает нежелательные частоты.

Выходная частота кварцевого генератора может быть либо частотой основного резонанса, либо кратной этому резонансу, называемой гармонической частотой. Гармоники представляют собой точное целое кратное основной частоты. Но, как и многие другие механические резонаторы, кристаллы демонстрируют несколько режимов колебаний, обычно с примерно нечетными целыми кратными основной частоты. Они называются «режимами обертонов», и для их возбуждения можно спроектировать генераторные схемы. Моды обертонов имеют частоты, которые являются приблизительными, но не точными нечетными целыми кратными частоте основного тона, и поэтому частоты обертонов не являются точными гармониками основного тона.

Высокочастотные кристаллы часто предназначены для работы на третьем, пятом или седьмом обертоне. Производителям сложно производить кристаллы, достаточно тонкие, чтобы воспроизводить основные частоты выше 30 МГц. Для получения более высоких частот производители изготавливают кристаллы обертонов, настроенные на размещение 3-го, 5-го или 7-го обертонов на желаемой частоте, поскольку они толще и, следовательно, их легче изготовить, чем основной кристалл, который производил бы ту же частоту, хотя и возбуждал желаемый обертон. частота требует немного более сложной схемы генератора. ^{[14] [15] [16] [17] [18]} Схема основного кварцевого генератора проще и эффективнее и имеет большую гибкость, чем схема третьего обертона. В зависимости от производителя максимальная доступная основная частота может составлять от 25 до 66 МГц. ^{[19] [20]}

Внутренности кристалла кварца.

Основной причиной широкого использования кварцевых генераторов является их высокая добротность . Типичное значение добротности кварцевого генератора колеблется от 10 ⁴ до 10 ⁶ по сравнению с, возможно, 10 ² для LC-генератора . Максимальную добротность кварцевого генератора высокой стабильности можно оценить как Q = 1,6 × 10 ⁷ / f , где f — резонансная частота в мегагерцах. ^{[21] [22]}

Одной из наиболее важных особенностей кварцевых генераторов является то, что они могут иметь очень низкий фазовый шум . Во многих генераторах любая спектральная энергия на резонансной частоте усиливается генератором, в результате чего образуется совокупность тонов на разных фазах. В кварцевом генераторе кристалл преимущественно колеблется по одной оси, поэтому преобладает только одна фаза. Это свойство низкого фазового шума делает их особенно полезными в телекоммуникациях, где необходимы стабильные сигналы, и в научном оборудовании, где необходимы очень точные привязки времени.

Изменения температуры, влажности, давления и вибрации в окружающей среде могут изменить резонансную частоту кристалла кварца, но существует несколько конструкций, которые уменьшают эти воздействия на окружающую среду. К ним относятся TCXO, MCXO и OCXO , которые определены ниже. Эти конструкции, особенно OCXO, часто создают устройства с превосходной кратковременной стабильностью. Ограничения кратковременной стабильности обусловлены главным образом шумом электронных компонентов в цепях генератора. Долговременная стабильность ограничена старением кристалла.

Из-за старения и факторов окружающей среды (таких как температура и вибрация) даже самые лучшие кварцевые генераторы трудно поддерживать в пределах одной 10 ¹⁰ их номинальной частоты без постоянной регулировки. По этой причине атомные генераторы используются в приложениях, требующих большей долговременной стабильности и точности.

Ложные частоты

Кристалл 25 МГц с ложным откликом

Для кристаллов, работающих в последовательном резонансе или выведенных из основной моды включением последовательного индуктора или конденсатора, могут наблюдаться значительные (и зависящие от температуры) побочные реакции. Хотя большинство побочных мод обычно находятся на несколько десятков килогерц выше желаемого последовательного резонанса, их температурный коэффициент отличается от основного, и паразитный отклик может проходить через основную моду при определенных температурах. Даже если последовательное сопротивление на побочных резонансах окажется выше, чем на желаемой частоте, быстрое изменение последовательного сопротивления основной моды может произойти при определенных температурах, когда две частоты совпадают. Следствием этих провалов активности является то, что генератор может фиксироваться на паразитной частоте при определенных температурах. Обычно это минимизируется за счет обеспечения того, чтобы поддерживающая схема имела недостаточный коэффициент усиления для активации нежелательных режимов.

Ложные частоты также генерируются при воздействии на кристалл вибрации. Это в небольшой степени модулирует резонансную частоту частотой колебаний. Кристаллы SC-cut (с компенсацией напряжения) разработаны для минимизации частотного эффекта монтажного напряжения и поэтому менее чувствительны к вибрации. Эффекты ускорения, включая гравитацию, также уменьшаются с помощью кристаллов с SC-огранкой, а также изменение частоты со временем из-за долговременного изменения монтажного напряжения. У кристаллов со сдвиговой модой SC-среза есть недостатки, такие как необходимость в поддерживающем генераторе различать другие тесно связанные нежелательные моды и повышенное изменение частоты из-за температуры при воздействии на полный диапазон окружающей среды. Кристаллы с огранкой SC наиболее выгодны там, где возможен контроль температуры при их температуре нулевого температурного коэффициента (оборота). В этих обстоятельствах общая стабильность характеристик блоков премиум-класса может приблизиться к стабильности рубидиевых стандартов частоты.

Часто используемые кварцевые частоты

Кристаллы могут быть изготовлены для генерации колебаний в широком диапазоне частот — от нескольких килогерц до нескольких сотен мегагерц. Многие приложения требуют частоты кварцевого генератора, удобно связанной с какой-либо другой желаемой частотой, поэтому сотни стандартных кварцевых частот производятся в больших количествах и хранятся у дистрибьюторов электроники. Например, кристаллы с частотой 3,579545 МГц, которые производятся в больших количествах для приемников цветного телевидения NTSC , также популярны во многих приложениях, не связанных с телевидением. Используя делители частоты , умножители частоты и схемы фазовой автоподстройки частоты , практично получить широкий диапазон частот из одной опорной частоты.

Кристаллические структуры и материалы

Кварц

Распространенные типы упаковки для изделий из кристалла кварца

Скопление природных кристаллов кварца

Кристалл синтетического кварца, выращенный методом гидротермального синтеза , длиной около 19 см и весом около 127 г.

Кристалл камертона, используемый в современных кварцевых часах.

Простой кристалл кварца

Внутренняя конструкция кварцевого кристалла корпуса HC-49.

Кристаллы изгиба и сдвига по толщине

Внутренняя конструкция корпуса HC-13 кварцевый кристалл 100 кГц

Наиболее распространенным материалом для кристаллов генератора является кварц . На заре технологии использовались кристаллы природного кварца, но в настоящее время преобладает синтетический кристаллический кварц, выращенный методом гидротермального синтеза , благодаря более высокой чистоте, более низкой стоимости и более удобному обращению. Одно из немногих оставшихся применений природных кристаллов — это датчики давления в глубоких скважинах. Во время Второй мировой войны и некоторое время после нее природный кварц считался в США стратегическим материалом . Крупные кристаллы были импортированы из Бразилии. Сырой «ласка», исходный кварц для гидротермального синтеза, импортируется в США или добывается на месте компанией Coleman Quartz. Средняя стоимость выращенного синтетического кварца в 1994 году составляла 60 долларов США /кг. ^[23]

Типы

Существуют два типа кристаллов кварца: левосторонние и правосторонние. Они различаются оптическим вращением , но идентичны по другим физическим свойствам. Для генераторов можно использовать как левые, так и правые кристаллы, если угол среза правильный. В производстве обычно используется правый кварц. ^[24] Тетраэдры SiO ₄ образуют параллельные спирали; направление закручивания спирали определяет лево- или правостороннюю ориентацию. Спирали выровнены вдоль оси c и сливаются, образуя общие атомы. Масса спиралей образует сетку мелких и крупных каналов, параллельных оси c. Большие из них достаточно велики, чтобы обеспечить некоторую подвижность более мелких ионов и молекул через кристалл. ^[25]

Кварц существует в несколько фаз. При 573 °C и давлении 1 атмосфера (а также при более высоких температурах и более высоких давлениях) α-кварц претерпевает кварцевую инверсию , обратимо превращается в β-кварц. Однако обратный процесс не является полностью гомогенным и происходит двойникование кристаллов . Во время производства и обработки необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать фазового превращения. Другие фазы, например высокотемпературные фазы тридимит и кристобалит , не имеют значения для осцилляторов. Все кристаллы кварцевых генераторов относятся к типу α-кварца.

Качество

Инфракрасная спектрофотометрия используется как один из методов измерения качества выращенных кристаллов. Обычно используются волновые числа 3585, 3500 и 3410 см ^-1 . Измеренное значение основано на полосах поглощения радикала OH и рассчитано значение Q в инфракрасном диапазоне. Кристаллы электронного качества класса C имеют Q 1,8 миллиона или выше; Кристаллы премиум-класса B имеют Q 2,2 миллиона, а кристаллы специального премиум-класса A имеют Q 3,0 миллиона. Значение Q рассчитывается только для области z; кристаллы, содержащие другие области, могут пострадать. Еще одним показателем качества является плотность каналов травления; при травлении кристалла вдоль линейных дефектов создаются трубчатые каналы. Для обработки, включающей травление, например кристаллов камертона наручных часов, желательна низкая плотность каналов травления. Плотность каналов травления очищенного кварца составляет около 10–100, а для несметанного кварца значительно больше. Наличие каналов травления и ямок травления ухудшает добротность резонатора и вносит нелинейности. ^[26]

Производство

Кристаллы кварца можно выращивать для определенных целей.

Кристаллы АТ-среза являются наиболее распространенными в массовом производстве генераторных материалов; форма и размеры оптимизированы для обеспечения высокого выхода требуемых пластин . Выращиваются кристаллы кварца высокой чистоты с особо низким содержанием алюминия, щелочных металлов и других примесей и минимальными дефектами; низкое количество щелочных металлов обеспечивает повышенную устойчивость к ионизирующему излучению. Кристаллы для наручных часов, для огранки кристаллов камертона 32768 Гц, выращиваются с очень низкой плотностью каналов травления.

Кристаллы для устройств на ПАВ выращиваются плоскими, с крупной затравкой X-размера и низкой плотностью каналов травления.

Специальные кристаллы с высокой добротностью, предназначенные для использования в высокостабильных генераторах, выращиваются с постоянной медленной скоростью и имеют постоянное низкое поглощение инфракрасного излучения по всей оси Z. Кристаллы можно выращивать в виде Y-образного стержня, с затравочным кристаллом в форме стержня, вытянутого вдоль оси Y, или в виде Z-пластины, выращенного из пластинчатой ​​затравки с длиной направления оси Y и шириной оси X. ^[24] Область вокруг затравочного кристалла содержит большое количество кристаллических дефектов и не должна использоваться для пластин.

Кристаллы растут анизотропно ; рост по оси Z происходит до 3 раз быстрее, чем по оси X. Направление и скорость роста также влияют на скорость поглощения примесей. ^[27] Кристаллы Y-образной формы или кристаллы Z-пластины с длинной осью Y имеют четыре области роста, обычно называемые +X, -X, Z и S. ^[28] Распределение примесей во время роста неравномерно; разные зоны роста содержат разные уровни загрязнений. Области Z являются самыми чистыми, небольшие иногда присутствующие области S менее чисты, область +X еще менее чиста, а область -X имеет самый высокий уровень примесей. Примеси отрицательно влияют на радиационную стойкость , склонность к двойникованию , потери на фильтре, а также на долговременную и кратковременную стабильность кристаллов. ^[29] Семена, срезанные по-разному и в разной ориентации, могут обеспечить другие виды регионов роста. ^[30] Скорость роста в направлении -X самая медленная из-за эффекта адсорбции молекул воды на поверхности кристалла; примеси алюминия подавляют рост еще в двух направлениях. Содержание алюминия наименьшее в области Z, выше в +X, еще выше в -X и максимально в S; размер S-областей также увеличивается с увеличением количества присутствующего алюминия. Содержание водорода наименьшее в области Z, выше в области +X, еще выше в области S и самое высокое в -X. ^[31] Включения алюминия при гамма-облучении превращаются в центры окраски, вызывая потемнение кристалла, пропорциональное дозе и уровню примесей; наличие регионов с разной темнотой выявляет разные регионы роста.

Преобладающим типом проблемных дефектов в кристаллах кварца является замещение атома Si( IV) в кристаллической решетке на атом Al(III ) . Ион алюминия имеет связанный с ним межузельный компенсатор заряда, присутствующий рядом, который может быть ионом H + (присоединенным к ближайшему кислороду и образующим гидроксильную группу , называемую дефектом Al-OH), ионом Li + , ионом Na + , ионом K + ( реже) или электронная дырка, захваченная на ближайшей орбитали атома кислорода. Состав ростового раствора, будь то на основе щелочных соединений лития или натрия, определяет ионы, компенсирующие заряд дефектов алюминия. Ионные примеси вызывают беспокойство, поскольку они не прочно связаны и могут мигрировать через кристалл, изменяя локальную эластичность решетки и резонансную частоту кристалла. Другими распространенными примесями, вызывающими беспокойство, являются, например, железо(III) (внедренное), фтор, бор(III), фосфор(V) (замещение), титан(IV) (замещение, повсеместно присутствующее в магматическом кварце, реже в гидротермальном кварце), и германий(IV) (замещение). Ионы натрия и железа могут вызывать включения кристаллов акнита и элемевзита. Включения воды могут присутствовать в быстрорастущих кристаллах; Молекулы межузельной воды в изобилии расположены вблизи затравки кристалла. Другим важным дефектом является водородсодержащий дефект роста, когда вместо структуры Si-O-Si образуется пара групп Si-OH-HO-Si; по существу гидролизованная связь. Быстрорастущие кристаллы содержат больше водородных дефектов, чем медленнорастущие. Эти дефекты роста являются источником ионов водорода для радиационно-индуцированных процессов и образования дефектов Al-OH. Примеси германия имеют тенденцию улавливать электроны, образующиеся при облучении; катионы щелочных металлов затем мигрируют к отрицательно заряженному центру и образуют стабилизирующий комплекс. Также могут присутствовать дефекты матрицы; вакансии кислорода, вакансии кремния (обычно компенсированные 4 атомами водорода или 3 атомами водорода и дыркой), пероксигруппы и т. д. Некоторые дефекты создают локализованные уровни в запрещенной зоне, служащие ловушками заряда; Al(III) и B(III) обычно служат ловушками дырок, тогда как электронные вакансии, атомы титана, германия и фосфора служат ловушками электронов. Захваченные носители заряда можно освободить при нагревании; их рекомбинация является причиной термолюминесценции .

Подвижность межузельных ионов сильно зависит от температуры. Ионы водорода подвижны до 10 К, но ионы щелочных металлов становятся подвижными только при температурах около 200 К и выше. Гидроксильные дефекты можно измерить с помощью спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона. Захваченные дырки можно измерить с помощью электронного спинового резонанса . Дефекты Al-Na ⁺ проявляются в виде пика акустических потерь из-за их движения под напряжением; Дефекты Al-Li ⁺ не образуют потенциальную яму, поэтому их невозможно обнаружить таким способом. ^[32] Некоторые радиационно-индуцированные дефекты при их термическом отжиге вызывают термолюминесценцию ; можно выделить дефекты, связанные с алюминием, титаном и германием. ^[33]

Очищенные кристаллы – это кристаллы, прошедшие процесс твердофазной электродиффузионной очистки. Развертка предполагает нагрев кристалла выше 500 °С в безводородной атмосфере с градиентом напряжения не менее 1 кВ/см в течение нескольких часов (обычно более 12). Миграция примесей и постепенное замещение ионов щелочных металлов водородом (при выносе на воздухе) или электронными дырками (при выносе в вакууме) вызывает возникновение слабого электрического тока через кристалл; спад этого тока до постоянной величины сигнализирует об окончании процесса. Затем кристаллу дают остыть, сохраняя при этом электрическое поле. Примеси концентрируются в катодной области кристалла, которую затем отсекают и выбрасывают. ^[34] Очищенные кристаллы обладают повышенной устойчивостью к радиации, поскольку дозовые эффекты зависят от уровня примесей щелочных металлов; они подходят для использования в устройствах, подвергающихся ионизирующему излучению, например, в ядерной и космической технике. ^[35] Прогонка в вакууме при более высоких температурах и более высокой напряженности поля дает еще более радиационно-стойкие кристаллы. ^[36] Уровень и характер примесей можно измерить с помощью инфракрасной спектроскопии. ^[37] Кварц может колебаться как в α, так и в β фазе; свипирование в β-фазе происходит быстрее, но фазовый переход может вызвать двойникование. Двойникование можно уменьшить, подвергая кристалл напряжению сжатия в направлении X или электрическому полю переменного или постоянного тока вдоль оси X, пока кристалл охлаждается в области температур фазового превращения. ^[36]

Подметание также можно использовать для введения в кристалл одного вида примеси. Кристаллы лития, натрия и водорода используются, например, для изучения поведения кварца.

Очень маленькие кристаллы для высоких частот основной моды могут быть изготовлены с помощью фотолитографии. ^[26]

Кристаллы можно настроить на точные частоты с помощью лазерной настройки . Метод, используемый в радиолюбительстве для небольшого уменьшения частоты кристалла, может быть достигнут путем воздействия на кристаллы с серебряными электродами паров йода , что вызывает небольшое увеличение массы на поверхности за счет образования тонкого слоя йодида серебра ; однако такие кристаллы имели проблемную долговременную стабильность. Другой широко используемый метод - это электрохимическое увеличение или уменьшение толщины серебряного электрода путем погружения резонатора в растворенный в воде лазурит , лимонную кислоту в воде или воду с солью и использование резонатора в качестве одного электрода и небольшого серебряного электрода в качестве другого. .

Выбирая направление тока, можно как увеличивать, так и уменьшать массу электродов. Подробности опубликованы в журнале "Радио" (3/1978) издательством UB5LEV.

Не рекомендуется повышать частоту путем соскабливания частей электродов, поскольку это может повредить кристалл и снизить его добротность . Конденсаторные триммеры также можно использовать для регулировки частоты генераторного контура.

Другие материалы

Могут быть использованы некоторые другие пьезоэлектрические материалы , кроме кварца. К ним относятся монокристаллы танталата лития , ниобата лития , бората лития , берлинита , арсенида галлия , тетрабората лития , фосфата алюминия , оксида висмута-германия , поликристаллической керамики из титаната циркония, высокоглиноземистой керамики, композита оксида кремния и цинка или тартрата дикалия . ^{[38] [39]} Некоторые материалы могут быть более подходящими для конкретных применений. Кристалл генератора также можно изготовить путем нанесения материала резонатора на поверхность кремниевого чипа. ^[40] Кристаллы фосфата галлия , лангасита , ланганита и лангатата примерно в 10 раз более податливы, чем соответствующие кристаллы кварца, и используются в некоторых генераторах VCXO. ^[41]

Стабильность

Стабильность частоты определяется добротностью кристалла . Она находится в обратной зависимости от частоты и от константы, зависящей от конкретного разреза. Другими факторами, влияющими на Q, являются используемый обертон, температура, уровень обработки кристалла, качество обработки поверхности, механические напряжения, оказываемые на кристалл при склеивании и монтаже, геометрия кристалла и прикрепленных электродов, чистота материала и дефекты кристалла, тип и давление газа в камере, мешающие моды, наличие и поглощенная доза ионизирующего и нейтронного излучений.

Стабильность кристаллов АТ-огранки снижается с увеличением частоты. Для более точных высоких частот лучше использовать кварц с более низкой основной частотой, работающий на обертоне.

Плохо спроектированная схема генератора может внезапно начать колебаться на обертоне . В 1972 году поезд во Фримонте, штат Калифорния, разбился из-за неисправного генератора. Неподходящее значение конденсатора резервуара привело к перегрузке кристалла на плате управления, переходу на обертон и к ускорению поезда вместо замедления. ^[42]

Температура

Температура влияет на рабочую частоту; используются различные формы компенсации: от аналоговой компенсации (TCXO) и компенсации микроконтроллера (MCXO) до стабилизации температуры с помощью кристаллической печи (OCXO). Кристаллы обладают температурным гистерезисом ; частота при данной температуре, достигаемая за счет повышения температуры, не равна частоте при той же температуре, достигаемой за счет понижения температуры. Температурная чувствительность зависит прежде всего от среза; Срезы с температурной компенсацией выбираются так, чтобы минимизировать зависимость частоты/температуры. Специальные разрезы могут быть выполнены с линейными температурными характеристиками; срез LC используется в кварцевых термометрах. Другими влияющими факторами являются используемый обертон, монтаж и электроды, примеси в кристалле, механическая нагрузка, геометрия кристалла, скорость изменения температуры, термическая история (из-за гистерезиса), ионизирующее излучение и уровень возбуждения.

Кристаллы имеют тенденцию страдать от аномалий в характеристиках частоты/температуры и сопротивления/температуры, известных как провалы активности. Это небольшие отклонения частоты вниз или вверх, локализованные при определенных температурах, причем их температурное положение зависит от номинала нагрузочных конденсаторов.

Механическое напряжение

Механические напряжения также влияют на частоту. Напряжения могут быть вызваны установкой, соединением и применением электродов, дифференциальным тепловым расширением крепления, электродов и самого кристалла, дифференциальными термическими напряжениями при наличии температурного градиента, расширением или сжатием соединения. материалов во время отверждения, давлением воздуха, которое передается на давление окружающей среды внутри кристаллической оболочки, напряжениями самой кристаллической решетки (неравномерный рост, примеси, дислокации), поверхностными дефектами и повреждениями, возникшими в процессе изготовления, а также действие силы тяжести на массу кристалла; поэтому на частоту может влиять положение кристалла. Другими факторами, вызывающими динамическое напряжение, являются удары, вибрации и акустический шум. Некоторые сокращения менее чувствительны к нагрузкам; Примером может служить разрез SC (с компенсацией напряжения). Изменения атмосферного давления также могут привести к деформации корпуса, влияя на частоту за счет изменения паразитных емкостей.

Влажность воздуха влияет на свойства теплопередачи воздуха и может изменять электрические свойства пластмасс за счет диффузии молекул воды в их структуру, изменяя диэлектрическую проницаемость и электропроводность . ^[43]

Другими факторами, влияющими на частоту, являются напряжение источника питания, полное сопротивление нагрузки, магнитные поля, электрические поля (в случае чувствительных к ним порезов, например, короткозамкнутых порезов), наличие и поглощенная доза γ-частиц и ионизирующего излучения, а также возраст кристалла.

Старение

Кристаллы претерпевают медленное постепенное изменение частоты со временем, известное как старение. Здесь задействовано множество механизмов. Крепление и контакты могут подвергаться снятию встроенных напряжений. Молекулы загрязнений как из остаточной атмосферы, выделяющихся из кристалла, электродов или упаковочных материалов, так и внесенные при герметизации корпуса, могут адсорбироваться на поверхности кристалла, изменяя его массу; этот эффект используется в кварцевых микровесах . Состав кристалла может постепенно изменяться за счет газовыделения, диффузии атомов примесей или миграции от электродов, либо же решетка может быть повреждена радиацией. Медленные химические реакции могут происходить на кристалле или в нем, или на внутренних поверхностях корпуса. Материал электрода, например хром или алюминий, может вступать в реакцию с кристаллом, образуя слои оксида металла и кремния; эти интерфейсные слои могут претерпевать изменения со временем. Давление в корпусе может меняться из-за изменения атмосферного давления, температуры, утечек или выделения газов из материалов внутри. Факторами, не относящимися к самому кристаллу, являются, например, старение схемы генератора (и, например, изменение емкостей) и дрейф параметров кристаллической печи. Состав внешней атмосферы также может влиять на старение; Водород может диффундировать через никелевый корпус. Гелий может вызвать аналогичные проблемы, когда он диффундирует через стеклянные корпуса рубидиевых стандартов . ^[44]

Золото является предпочтительным материалом электродов для резонаторов с низким сроком старения; его адгезия к кварцу достаточно сильна, чтобы поддерживать контакт даже при сильных механических ударах, но достаточно слаба, чтобы не выдерживать значительные градиенты деформации (в отличие от хрома, алюминия и никеля). Золото также не образует оксидов; он адсорбирует органические загрязнения из воздуха, но их легко удалить. Однако само по себе золото может подвергаться расслаиванию; Поэтому иногда используется слой хрома для повышения прочности связывания. В качестве электродов часто используются серебро и алюминий; однако оба со временем образуют оксидные слои, что увеличивает массу кристалла и снижает частоту. Серебро можно пассивировать воздействием паров йода , образуя слой йодида серебра . Алюминий легко, но медленно окисляется, пока не достигается толщина около 5 нм; повышенная температура при искусственном старении существенно не увеличивает скорость образования оксидов; толстый оксидный слой может быть сформирован во время производства путем анодирования . ^[45] Облучение посеребренного кристалла парами йода можно использовать и в любительских условиях для незначительного понижения частоты кристалла; частоту также можно увеличить, соскребая части электродов, но это сопряжено с риском повреждения кристалла и потери добротности.

Смещение постоянного напряжения между электродами может ускорить начальное старение, вероятно, за счет индуцированной диффузии примесей через кристалл. Размещение конденсатора последовательно с кристаллом и резистора сопротивлением в несколько МОм параллельно может минимизировать такие напряжения.

Старение логарифмически уменьшается со временем, причем наибольшие изменения происходят вскоре после производства. Искусственное старение кристалла путем длительного хранения при температуре от 85 до 125 ° C может повысить его долговременную стабильность.

Механическое повреждение

Кристаллы чувствительны к ударам . Механическое напряжение вызывает кратковременное изменение частоты генератора из-за чувствительности кристалла к напряжению и может привести к постоянному изменению частоты из-за ударных изменений крепления и внутренних напряжений (если пределы упругости механического частей), десорбция загрязнений с поверхностей кристалла или изменение параметров колебательного контура. Удары большой силы могут сорвать кристаллы с их креплений (особенно в случае больших низкочастотных кристаллов, подвешенных на тонких проволоках) или вызвать растрескивание кристалла. Кристаллы без поверхностных дефектов обладают высокой ударопрочностью; Химическая полировка позволяет получить кристаллы, способные выдержать десятки тысяч g . ^[46]

Кристаллы не имеют собственных механизмов отказа; некоторые работают в устройствах десятилетиями. Однако отказы могут быть вызваны дефектами соединения, негерметичностью корпуса, коррозией, сдвигом частоты из-за старения, разрушением кристалла из-за слишком сильного механического удара или повреждением, вызванным радиацией, когда используется кварц без очистки . ^[47] Кристаллы также могут быть повреждены при перегрузке.

Колебания частоты

Кристаллы также страдают от незначительных кратковременных колебаний частоты. Основными причинами такого шума являются, например, тепловой шум (который ограничивает минимальный уровень шума), рассеяние фононов (под влиянием дефектов решетки), адсорбция/десорбция молекул на поверхности кристалла, шум колебательных контуров, механические удары и вибрации, ускорение и изменение ориентации, колебания температуры и снятие механических напряжений. Кратковременная стабильность измеряется четырьмя основными параметрами: дисперсией Аллана (наиболее распространенная, указанная в технических характеристиках генераторов), фазовым шумом, спектральной плотностью фазовых отклонений и спектральной плотностью дробных отклонений частоты. Эффекты ускорения и вибрации имеют тенденцию доминировать над другими источниками шума; Устройства на поверхностных акустических волнах, как правило, более чувствительны, чем устройства на объемных акустических волнах (BAW), а резы с компенсацией напряжений еще менее чувствительны. Относительная ориентация вектора ускорения относительно кристалла существенно влияет на вибрационную чувствительность кристалла. Для кристаллов высокой стабильности можно использовать механические виброизолирующие крепления.

Фазовый шум играет важную роль в системах синтеза частот , использующих умножение частоты; умножение частоты на N увеличивает мощность фазового шума на N ² . Умножение частоты в 10 раз умножает величину фазовой ошибки в 10 раз. Это может иметь катастрофические последствия для систем, использующих технологии ФАПЧ или ЧМн .

Магнитные поля мало влияют на сам кристалл, так как кварц диамагнитен ; Однако в цепях могут индуцироваться вихревые токи или напряжения переменного тока, а также подвергаться воздействию магнитных частей крепления и корпуса.

После включения питания кристаллам требуется от нескольких секунд до минут, чтобы «прогреться» и стабилизировать свою частоту. OCXO с печным управлением обычно требуют 3–10 минут для нагрева для достижения теплового равновесия; безпечные генераторы стабилизируются за несколько секунд, поскольку несколько милливатт, рассеиваемые в кристалле, вызывают небольшой, но заметный уровень внутреннего нагрева. ^[48]

Уровень привода

Кристаллы должны управляться на соответствующем уровне возбуждения. Низкочастотные кристаллы, особенно с изгибным режимом, могут разрушаться при слишком высоких уровнях возбуждения. Уровень возбуждения определяется как количество мощности, рассеиваемой в кристалле. Соответствующие уровни возбуждения составляют около 5 мкВт для изгибных мод до 100 кГц, 1 мкВт для основных мод в диапазоне 1–4 МГц, 0,5 мкВт для основных мод в диапазоне 4–20 МГц и 0,5 мкВт для режимов обертонов в диапазоне 20–200 МГц. ^[49] Слишком низкий уровень возбуждения может вызвать проблемы с запуском генератора. Низкие уровни возбуждения лучше подходят для большей стабильности и меньшего энергопотребления генератора. Более высокие уровни возбуждения, в свою очередь, уменьшают влияние шума за счет увеличения отношения сигнал/шум . ^[50]

Хрустальные огранки

Пластину резонатора можно вырезать из исходного кристалла разными способами. Ориентация огранки влияет на характеристики старения кристалла, стабильность частоты, тепловые характеристики и другие параметры. Эти разрезы действуют на объемной акустической волне (БАВ); для более высоких частот используются устройства на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Изображение нескольких огранок кристалла ^[51]

Буква «Т» в названии разреза обозначает температурно-компенсированный разрез – разрез, ориентированный таким образом, чтобы температурные коэффициенты решетки были минимальными; разрезы FC и SC также имеют температурную компенсацию.

ВЧ-резы крепятся своими краями, обычно на пружинах; жесткость пружины должна быть оптимальной, поскольку, если она слишком жесткая, механические удары могут передаваться на кристалл и вызывать его разрушение, а слишком малая жесткость может привести к столкновению кристалла с внутренней частью корпуса при воздействии механический удар и поломка. Полосковые резонаторы, обычно АТ-срезы, меньше по размеру и поэтому менее чувствительны к механическим ударам. При той же частоте и обертоне полоса имеет меньшую тянущую способность, более высокое сопротивление и более высокий температурный коэффициент. ^[69]

Низкочастотные срезы установлены в узлах, где они практически неподвижны; в таких точках с каждой стороны между кристаллом и выводами прикреплены тонкие провода. Большая масса кристалла, подвешенного на тонких проволоках, делает сборку чувствительной к механическим ударам и вибрациям. ^[52]

Кристаллы обычно помещают в герметично закрытые стеклянные или металлические корпуса, заполненные сухой и инертной атмосферой, обычно вакуумом, азотом или гелием. Также можно использовать пластиковые корпуса, но они не герметичны, и вокруг кристалла необходимо создать еще одно вторичное уплотнение.

Помимо классического способа непосредственного крепления выводов к кристаллу, возможны несколько конфигураций резонатора. Например, резонатор BVA (Boîtier à Vieillissement Amélioré, Корпус с улучшенным старением), ^{[70] [ ненадежный источник? ]} разработан в 1976 году; детали, влияющие на вибрации, выточены из монокристалла (что снижает монтажные напряжения), а электроды нанесены не на сам резонатор, а на внутренние стороны двух дисков конденсатора, изготовленных из соседних срезов кварца из одного бруска , образуя трехслойный сэндвич без напряжений между электродами и вибрирующим элементом. Зазор между электродами и резонатором действует как два последовательно соединенных конденсатора, что делает кристалл менее чувствительным к воздействиям цепи. ^{[71] [ ненадежный источник? ]} Архитектура исключает влияние поверхностных контактов между электродами, ограничения в монтажных соединениях и проблемы, связанные с миграцией ионов от электродов в решетку вибрирующего элемента. ^[72] Полученная конфигурация является прочной, устойчивой к ударам и вибрации, устойчивой к ускорению и ионизирующему излучению, а также имеет улучшенные характеристики старения. Обычно используется разрез AT, хотя существуют и варианты разреза SC. Резонаторы BVA часто используются в космических кораблях. ^[73]

В 1930-1950-х годах люди довольно часто регулирули частоту кристаллов путем ручной шлифовки. Кристаллы измельчали ​​с помощью мелкой абразивной суспензии или даже зубной пасты, чтобы увеличить их частоту. Небольшое снижение на 1–2 кГц при перешлифовке кристалла было возможно путем маркировки грани кристалла карандашным стержнем за счет понижения Q  ;. ^[74]

Частоту кристалла слегка регулируют («вытягивают») путем изменения присоединенных емкостей. Варактор — диод, емкость которого зависит от приложенного напряжения, часто используется в кварцевых генераторах, управляемых напряжением, VCXO . Огранка кристалла обычно AT или реже SC и работает в основном режиме; величина доступного отклонения частоты обратно пропорциональна квадрату числа обертонов, поэтому третий обертон имеет только одну девятую тяготения основного лада. Разрезы SC, хотя и более стабильны, но значительно менее податливы. ^[75]

Обозначения и сокращения цепей

На электрических принципиальных схемах кристаллы обозначаются буквой класса Y (Y1, Y2 и т. д.). Генераторы, будь то кварцевые генераторы или другие, обозначаются буквой класса G (G1, G2 и т. д.). ^{[76] [77]} Кристаллы также могут быть обозначены на схеме X или XTAL , а кварцевый генератор — XO .

Типы кварцевых генераторов и их сокращения:

• ATCXO — Аналоговый кварцевый генератор с контролируемой температурой
• CDXO — Калиброванный двухкристальный генератор
• DTCXO — Цифровой кварцевый генератор с температурной компенсацией.
• EMXO — миниатюрный вакуумный кварцевый генератор.
• GPSDO — дисциплинированный генератор глобальной системы позиционирования.
• MCXO — Кварцевый генератор с микрокомпьютерной компенсацией.
• OCVCXO — кварцевый генератор , управляемый напряжением и управляемый печью
• OCXO — кварцевый генератор с печным управлением.
• RbXO — кварцевые генераторы рубидия (RbXO), кварцевый генератор (может быть MCXO), синхронизированный со встроенным рубидиевым стандартом , который запускается лишь изредка для экономии энергии.
• TCVCXO — Кварцевый генератор, управляемый напряжением, с температурной компенсацией
• TCXO — Кварцевый генератор с температурной компенсацией
• TMXO - Тактический миниатюрный кварцевый генератор ^[67]
• TSXO — кварцевый генератор, чувствительный к температуре, адаптация TCXO.
• VCTCXO — Кварцевый генератор с температурной компенсацией, управляемый напряжением
• VCXO — Кварцевый генератор, управляемый напряжением

Смотрите также

• Тактовый генератор
• Дрейф тактового сигнала . Измерения дрейфа тактового сигнала кварцевых генераторов можно использовать для создания генераторов случайных чисел .
• Кристаллический фильтр
• Эрхард Китц работает над электронными камертонами и кристаллами кварца для точных частот сигнала.
• Иссак Кога – изобретатель термостабильной огранки R1 Koga.
• Осциллятор Пирса
• Тонкопленочный монитор толщины
• Генератор переменной частоты (VFO)

Рекомендации

1. Граф, Рудольф Ф. (1999). Современный словарь электроники, 7-е изд. США: Ньюнес. стр. 162, 163. ISBN. 978-0750698665.
2. Амос, Юго-Запад; Роджер Амос (2002). Словарь электроники Ньюнеса, 4-е изд. США: Ньюнес. п. 76. ИСБН 978-0750656429.
3. Лапланте, Филипп А. (1999). Большой словарь по электротехнике. США: Спрингер. ISBN 978-3540648352.
4. Пол Горовиц, Уинфилд Хилл, Искусство электроники, второе издание , издательство Кембриджского университета, 1989, ISBN 0-521-37095-7 , стр. 300 фф. 
5. Ломбарди, Майкл (2003). Энциклопедия физических наук и технологий (3-е изд.).
6. Николсон, Александр М. Генерация и передача электрического тока. Патент США № 2 212 845 , подан 10 апреля 1918 г., выдан 27 августа 1940 г.
7. Внизу, Вирджил Э. (1981). «История кварцевой промышленности в США». Учеб. 35-й симп. контроля частоты . IEEE. Архивировано из оригинала 20 сентября 2008 г.
8. Маррисон, Уоррен (1948). «Эволюция кварцевых часов». Технический журнал Bell System . АТ&Т. 27 (3): 510–588. doi :10.1002/j.1538-7305.1948.tb01343.x. Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г.
9. Bayard, Томас Л. (апрель 1926 г.). «Новый «Кристалл Пилот»» (PDF) . Популярное радио . Нью-Йорк: Popular Radio, Inc. 9 (4): 342–347 . Проверено 24 августа 2014 г.
10. Вирджил Э. Боттом, История индустрии кварцевых кристаллов в США, Материалы 35-го ежегодного симпозиума по контролю частоты, 1981. Ieee-uffc.org. Проверено 21 июня 2012 г.
11. Журнал «Микроволны и радиочастоты». Проверено 17 июля 2011 г. Архивировано 28 сентября 2011 г. в Wayback Machine . Mwrf.com. Проверено 21 июня 2012 г.
12. Изобретатели Штаудте Кварцевые часы. Архивировано 1 апреля 2010 г. в Wayback Machine . Invention.smithsonian.org. Проверено 21 июня 2012 г.
13. Вирджил Э. Боттом (1982). Введение в конструкцию кварцевого кристалла . Ван Ностранд Рейнхольд. ISBN 978-0-442-26201-3.
14. Теория работы кристалла кварца и примечания к проектированию. foxonline.com
15. Определение кристаллов кварца. Maxim-ic.com (19 ноября 2001 г.). Проверено 21 июня 2012 г.
16. Выбор кристаллов. Архивировано 29 апреля 2013 г. в Wayback Machine . pletronics.com. Проверено 21 июня 2012 г.
17. «Спецификация кристалла». Архивировано 28 июля 2013 г. в Wayback Machine . Euroquartz.co.uk. Проверено 21 июня 2012 г.
18. «Замечания по применению кварцевого кристалла». Архивировано 23 июня 2015 г. в Wayback Machine . Beckwithelectronics.com. Проверено 21 июня 2012 г.
19. «Замечания по применению кристаллов кварца» . (PDF) . Проверено 21 июня 2012 г.
20. Часто задаваемые вопросы о кристаллах. foxonline.com
21. «Управление радиочастотным спектром и стандарты времени и частоты» . Проверено 24 февраля 2019 г.
22. Справочные данные для радиоинженеров (Девятое изд.). Эльзевир. 2002. с. Глава 1. ISBN 978-0-7506-7291-7.
23. Гордон Т. Остин, Кристалл кварца. Minerals.usgs.gov
24. Термины и определения кристаллов синтетического кварца
25. Страница кварца: Структура кварца. Quartzpage.de (23 октября 2010 г.). Проверено 21 июня 2012 г.
26. Джон Р. Виг и др. Способ изготовления миниатюрных высокочастотных кварцевых резонаторов с SC-срезом. Патент США № 4,554,717 , дата выдачи: 26 ноября 1985 г.
27. Гидротермальный рост кварца. Родити.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
28. Ивасаки, Фумико; Курасигэ, Масакадзу (1 мая 1982 г.). «Дефекты синтетического кварца и их влияние на вибрационные характеристики». Сегнетоэлектрики . 43 (1): 43. Бибкод : 1982Fer....43...43I. дои : 10.1080/00150198208202002.
29. Кварцевая технология. 4timing.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
30. Шинохара, АХ; Сузуки, СК (1996). Материалы Международного симпозиума по управлению частотой IEEE 1996 года . стр. 72–77. дои : 10.1109/FREQ.1996.559821. ISBN 0-7803-3309-8.
31. Фумико Ивасаки; Армандо Х. Синохара; Хидео Ивасаки; Карлос К. Сузуки (1990). «Влияние сегрегации примесей на кристаллическую морфологию синтетического кварца с Y-образным стержнем» (PDF) . Япония. Дж. Прил. Физ . 29 (6): 1139–1142. Бибкод : 1990JaJAP..29.1139I. дои : 10.1143/JJAP.29.1139. S2CID  97694219. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
32. Хариш Бахадур (2006). «Радиационно-индуцированная модификация точечных дефектов, связанных с примесями, в кристаллическом кварце - обзор» (PDF) . Кристаллические исследования и технологии . 41 (7): 631–635. Бибкод : 2006CryRT..41..631B. дои : 10.1002/crat.200510641. S2CID  95333080. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
33. Хариш Бахадур Исследования облучения и структурных характеристик высококачественных кристаллов культивированного кварца, используемых в спутниковой связи. Архивировано 16 июля 2011 г. в Wayback Machine.
34. Артур Баллато и др. Способ очистки кварца , патент США № 4311938 , дата выдачи: 19 января 1982 г./
35. Контроль частоты | Учебные ресурсы. Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
36. Джеймс Клод Кинг. Вакуумный электролиз кварца. Патент США № 3 932 777 , дата выдачи: 13 января 1976 г.
37. Инфракрасное исследование дефектов альфа-кварца, вызванных сдвигающими эффектами. authors.aps.org (апрель 1997 г.). Проверено 21 июня 2012 г.
38. Артур Баллато. Метод изготовления кварцевого генератора, нечувствительного к полям ускорения. Патент США № 4 871 986 , дата выдачи: 3 октября 1989 г.
39. Недавние разработки технологии объемных и поверхностных акустических волн для приложений управления частотой, 23 декабря 2002 г. Институт прикладной механики, Национальный тайваньский университет, CS Lam, TXC Corporation.
40. Схемы детектора угловой скорости кварцевого генератора Фумио Накадзимы , патент США № 5 420 548 , дата выдачи: 30 мая 1995 г.
41. Бернд Нойбиг, VCXO с широким диапазоном срабатывания, использующие альтернативу кварцу. VHF Communications, 2/2003, стр. 66–70.
42. Делаем кристально ясным выбор осциллятора. Архивировано 29 июня 2016 г. в Wayback Machine EDN (20 июля 2008 г.). Проверено 30 марта 2018 г.
43. Контроль частоты | Учебные ресурсы. Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
44. Контроль частоты | Учебные ресурсы. Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
45. Джерри К. Уитакер (23 декабря 1996 г.). Справочник по электронике. ЦРК Пресс. стр. 198–. ISBN 978-0-8493-8345-8. Проверено 26 апреля 2011 г.
46. Контроль частоты | Учебные ресурсы. Архивировано 6 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
47. Кварцевые резонаторы и генераторы для приложений контроля частоты и синхронизации: учебное пособие Джона Р. Вига, Командование связи и электроники армии США.
48. Контроль частоты | Учебные ресурсы. Архивировано 5 июля 2010 г. в Wayback Machine . Ieee-uffc.org. Проверено 8 февраля 2010 г.
49. Crystal. Архивировано 26 января 2005 г. в Wayback Machine . Actcrystals.com. Проверено 8 февраля 2010 г.
50. Проектирование схем кварцевых генераторов, курс Б. Нойбига.
51. Изображение нескольких огранок кристаллов. Mazepath.com (изображение). Эотвос и новые критерии принципа эквивалентности. 3 июля 2007 г. Архивировано из оригинала 28 декабря 2015 г. . Проверено 8 февраля 2010 г.
52. Лихтер, Джерри А. Кристаллы и генераторы (PDF) (Отчет). 9113.
    
53. Розен, Кэрол Цвик; Хиремат, Басаварадж В.; Ньюнхэм, Роберт Э., ред. (1992) [1929–2009]. Пьезоэлектричество . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Американский институт физики. ISBN 0883186470. ОСЛК  22766216.
54. "AT разрез" . Глоссарий по кристаллам и управлению частотой. icmfg.com . Архивировано из оригинала 6 ноября 2009 года . Проверено 8 февраля 2010 г.
55. «Кристаллическая технология». 4timing.com . Проверено 8 февраля 2010 г.
56. «Введение в кварцевые стандарты частоты». Кварц и кварцевый кристаллический агрегат. oscilent.com . Проверено 8 февраля 2010 г.
57. "Кварцевые заготовки". Материалы Хоффмана (hoffmanmaterials.com) . Архивировано из оригинала 9 июля 2012 г. Проверено 8 февраля 2010 г.
58. Делаем это кристально ясно: кварцевые генераторы в средствах связи. ЦД. commsdesign.com (Отчет). Май 1998 г. Архивировано из оригинала 11 октября 2008 г. Проверено 8 февраля 2010 г.
59. US 4499395, Кахан, Альфред, «Углы среза для кварцевых резонаторов», выпущено 12 февраля 1985 г. 
60. «OCXO - кварцевые генераторы с печным управлением» . Замечания по применению OCXO. ofc.com . Архивировано из оригинала 1 марта 2012 года . Проверено 8 февраля 2010 г.
61. Крузе, PW (1997). Неохлаждаемые матрицы и системы инфракрасной визуализации. Академическая пресса. стр. 273 и далее. ISBN
     978-0-12-752155-8. Проверено 26 апреля 2011 г.
62. «Глоссарий по кристаллам и управлению частотой» . Icmfg.com . Архивировано из оригинала 5 февраля 2013 года . Проверено 8 февраля 2010 г.
63. US 4985687, Лонг, Брюс Р., «Маломощный генератор со стабилизацией частоты и температурой», выпущен 15 января 1991 г. 
64. US 4419600, Синха, Бикаш К., «Кварцевые резонаторы с компенсацией напряжения», выдан 6 декабря 1983 г. 
65. US 5686779, Виг, Джон Р., «Высокочувствительный датчик температуры и массив датчиков», выпущено 11 ноября 1997 г. 
66. "Кристалл Y-образной огранки" . Enginesedge.com . 25 августа 2009 г. 4074. Архивировано из оригинала 30 июля 2012 г. . Проверено 8 февраля 2010 г.
67. "Фрркинг". История УФФК. ieee-uffc.org . 23 марта 1959 года. Архивировано из оригинала 12 мая 2009 года . Проверено 8 февраля 2010 г.
68. Словарь терминов, используемых в производстве кварцевых генераторных пластин (PDF) . minsocam.org (отчет). 30 461 утра . Проверено 21 июня 2012 г.
69. «Часто задаваемые вопросы о кристаллах кварца» . Международный кристалл (icmfg.com) . Архивировано из оригинала 17 февраля 2012 г. Проверено 8 февраля 2010 г.
70. "Re: [тайм-гайки] Суперстабильные кварцевые резонаторы BVA... BVA ??]" . mail-archive.com . 7 декабря 2007 г. сообщение 10485 . Проверено 8 февраля 2010 г.
71. "Re: [тайм-гайки] Сверхстабильные кварцевые резонаторы BVA... BVA ??]" . mail-archive.com . 08.12.2007. сообщение 10505 . Проверено 8 февраля 2010 г.
72. Кварцевый генератор духовки (PDF) . oscilloquartz.ch (Отчет). 8600. Архивировано из оригинала (PDF) 7 июля 2011 года . Проверено 21 июня 2012 г.
73. "Нортон". История УФФК. ieee-uffc.org . 4 октября 1957 года. Архивировано из оригинала 28 января 2010 года . Проверено 8 февраля 2010 г.
74. «Шлифование кристаллов: когда электроника была по-настоящему практической» . Источник питания. ЭДН (блог). 1470000147. Архивировано из оригинала 30 июля 2012 года . Проверено 8 февраля 2010 г. - через edn.com.
75. «Кварцевые генераторы: хорошо смотрятся в беспроводных системах» . Доступ к ЭДН. ЭДН . 20 ноября 1997 года. Архивировано из оригинала 23 ноября 2008 года . Проверено 8 февраля 2010 г. - через edn.com.
76. Стандарт IEEE 315-1975.
77. ANSI Y32.2-1975

дальнейшее чтение

• Поддар, АК; Роде, Ульрих Л. (19 октября 2012 г.). «Кристаллические генераторы». Энциклопедия электротехники и электроники Wiley . стр. 1–38. дои : 10.1002/047134608X.W8154. ISBN 978-0471346081.
• Роде, Ульрих Л. (август 1997 г.). Микроволновые и беспроводные синтезаторы: теория и конструкция . Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0-471-52019-1.
• Поддар, АК; Роде, Ульрих Л. (21–24 мая 2012 г.). «Методы минимизации фазового шума в схемах кварцевых генераторов». Материалы Международного симпозиума по управлению частотой IEEE 2012 . Симпозиум по управлению частотой (FCS), 2012 IEEE International. IEEE. стр. 1–7. дои : 10.1109/FCS.2012.6243701. ISBN 978-1-4577-1820-5.
• Поддар, АК; Роде, UL; Апте, AM (30 августа 2013 г.). «Насколько низко они могут опуститься?: Модель фазового шума генератора, теоретическая, экспериментальная проверка и измерения фазового шума». Журнал «Микроволновка» . IEEE. 14 (6): 50–72. дои : 10.1109/МММ.2013.2269859. S2CID  22624948.
• Роде, Ульрих Л.; Поддар, АК; Апте, AM (30 августа 2013 г.). «Измерение: методы измерения фазового шума генератора и ограничения». Журнал «Микроволновка» . IEEE. 14 (6): 73–86. дои : 10.1109/МММ.2013.2269860. S2CID  40924332.
• Роде, Ульрих Л. (31 мая – 2 июня 1978 г.). Математический анализ и проектирование сверхмалошумящего генератора частотой 100 МГц с дифференциальным ограничителем и его возможности в стандартах частоты . Материалы 32-го ежегодного симпозиума по управлению частотой. Атлантик-Сити, Нью-Джерси. стр. 409––. дои : 10.1109/FREQ.1978.200269.
• Нойбиг, Бернд; Бризе, Вольфганг (1997). Das große Quarzkochbuch [ Хрустальная кулинарная книга ] (PDF) (на немецком языке) (1-е изд.). Фельдкирхен, Германия: Францис Верлаг . ISBN 978-3-7723-5853-1. Архивировано из оригинала (PDF) 23 февраля 2019 г. Проверено 23 февраля 2019 г.(Альтернативные загрузки: QSL: - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10. AXTAL ZIP: - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10.)

Внешние ссылки

• Введение в кварцевые стандарты частоты
• «Что такое кварцевый прибор?». КИАДЖ . Ассоциация индустрии кристаллов кварца. Японии. 2007 . Проверено 10 августа 2008 г.
• Марвин Э., Фреркинг (1996). «Пятьдесят лет прогресса в области кварцевых стандартов частоты». Учеб. 1996 Симпозиум IEEE по управлению частотой . Институт инженеров электротехники и электроники. стр. 33–46. Архивировано из оригинала 12 мая 2009 г. Проверено 31 марта 2009 г.
• Искажения в кварцевых генераторах
• Кварцевые резонаторы и генераторы
• Многостраничный обзор кристаллов кварца и их генераторов, фильтров и т. д.