中心論題：
- 石英晶體振蕩器“小型化”的優(yōu)點
- 在設(shè)計耐強(qiáng)振動系統(tǒng)時的數(shù)點建議
解決方案：
- 小型化提高了石英晶體振蕩器沖擊與振動的耐受性
- 大大提高了它們沖擊與振動的耐受性
我們通常認(rèn)為在電子系統(tǒng)中，石英晶體振蕩器是最易碎的元件之一。這并不奇怪，因為振蕩器里的石英晶體諧振器是由一個很大的結(jié)晶體組成的，就像一個大的圓空AT-cut晶體被金屬夾固定在一個金屬殼里。這種結(jié)構(gòu)不能耐受高出50～100 g太多的振動強(qiáng)度。這類晶體振蕩器非常適合大型臺式儀器和類似的設(shè)備，但不太適用于對高振動性要求很高的應(yīng)用領(lǐng)域，如掌上電腦和軍需設(shè)備。在這些設(shè)備中，加速度達(dá)到千個甚至萬個g。很明顯，一般的晶體結(jié)構(gòu)在此類應(yīng)用中是不合適的。
推動石英晶體和振蕩器結(jié)構(gòu)變化的動力來自對電子器件小型化的不斷追求。伴隨著照相機(jī)平版印刷的發(fā)展和加工石英晶體的化學(xué)工藝的進(jìn)步，小型化在1970年邁出了關(guān)鍵的一步。這種新的處理工藝來自曾用于硅工業(yè)的一些技術(shù)，能夠精確地磨制出小于1mm尺寸的石英/晶體，并能精確到幾微米。在小型化進(jìn)程中很重要的另一步是將晶體牢牢固定于一個粗糙機(jī)架的陶瓷封裝技術(shù)得到發(fā)展。由此，這種制造與構(gòu)造工藝成為了石英晶體小型化不成文的標(biāo)準(zhǔn)。
“小型化”與“好處”
幸運(yùn)的是，石英晶體振蕩器的小型化還帶來了額外的好處，那就是大大提高了它們沖擊與振動的耐受性。因為尺寸小，諧振器質(zhì)量較低，也因此對諧振器的力也較小。如果使用強(qiáng)安裝材料，諧振器就不會因為加速度太大掉下來，它會被牢牢固定在本來的位置上。進(jìn)一步而言，由于它的小尺寸（短空白大小或短音叉齒）諧振器內(nèi)的剪力很小，諧振器能抵抗高振動而不被破壞。
小尺寸的另一個附加的好處是，諧振器的最低彎曲型頻率狀態(tài)可達(dá)幾千赫茲或更高。這種情形至少會帶來兩個好處。第一個，由于振動到來之前大約1mm或更長時間會出現(xiàn)振動，可作為類似靜電噪聲的脈沖處理。在任何指定時段內(nèi)的振動可大致看做一個固定的加速度，而這個加速度太小，所以不能激活晶體的彎曲模式。第二，這種彎曲型對頻率要求非常高，振動產(chǎn)生的頻率通常低于2kHz，所以不會被其所激活。
這在劇烈振動應(yīng)用環(huán)境和工業(yè)制造板取代刳刨工具時期非常重要。利用這種現(xiàn)代的制造與構(gòu)造，石英晶體諧振器不再是嬌嫩易碎的東西。如今很多的制造商都能提供耐千g機(jī)械振動力的晶體和振蕩器。即便如此，在大多數(shù)要求非常嚴(yán)格的應(yīng)用場合，普通的晶體和振蕩器并不合適，如軍用和導(dǎo)彈電子。因為這其中的振動能達(dá)到幾萬g。
要滿足這些方面的要求，光是諧振器的尺寸縮小并不夠，還必須將其按照受剪力最小原則安放。舉個例子，對高振動AT-cut晶體而言，第三點裝配法可用于將晶體空白的無電端設(shè)置為晶體包。用這種方法，晶體抗振動水平能上升至100 000g。同樣地，用這種晶體結(jié)合更先進(jìn)的結(jié)構(gòu)工藝制造的振蕩器也能達(dá)到100 000g的抗振動性。
設(shè)計耐強(qiáng)振動系統(tǒng)時，記住以下幾條箴言是非常有用的
● 晶體/振蕩器（較小包內(nèi)發(fā)現(xiàn)的）中，小尺寸的比大尺寸的更穩(wěn)固。
● 音叉晶體（通常為10～600kHz）比擴(kuò)展型晶體（520kHz～2.5MHz）穩(wěn)固性更好。而AT-cut晶體（8MHz以上）是最穩(wěn)固的。
● 對音叉和擴(kuò)展型晶體而言，晶體尺寸隨頻率減小而減小，穩(wěn)固性隨頻率增大而增強(qiáng)（對某一指定型晶體）。
● 對AT晶體而言，晶體在13～50MHz內(nèi)是最穩(wěn)固的，當(dāng)處在16～32MHz時最佳。
● 注意對超過千g級的振動，普通的晶體和振蕩器是不合適的，需要采用專為高振動應(yīng)用環(huán)境設(shè)計的類型。
● 如果已知振動是沿單一方向被采用，合理選擇晶體/振蕩器的方位能大大提高系統(tǒng)穩(wěn)固性。
● 除了檢驗數(shù)據(jù)表上必要的說明，別忘了問清制造商供應(yīng)高振動設(shè)備的歷史。
