低频振荡电路新常识

Aug 14,2024
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1. 电子器械产品的市场变化趋势

2. 音叉型晶体单元与半导体工艺技术的变化趋势

3. 小型化对特性的影响及其对策

3-1. 因 CI 值(晶体阻抗；Crystal Impedance)的增大而造成的振荡稳定性

下降

3-2. 振荡频率的偏移

3-3. 因微机（MPU）的低电压化而造成的振荡故障

3-4. 晶体振荡器

4. Epson Toyocom 的 kHz 频带整体解决方案之介绍

4-1. 音叉型晶体单元

（1）音叉型晶体单元产品阵容

4-2. 32.768 kHz 振荡器

（1）32.768 kHz 晶体振荡器产品阵容

1. 电子器械产品的市场变化趋势

近年来，随着降低环境负荷意识的日益高涨，既能维持电子器械产品的高性能，又能通过设备仪器的小

型化减少原材料以及彻底降低耗电量的市场需求愈来愈多。电子部品（电子元器件）的市场变化也与此相同，做为基准时钟的水晶元器件也要求具备小型、低耗电、高精度及高可靠性。这不是单纯的缩小部品尺寸的问题，缩小尺寸意味着出现新的课题并使原有课题更为突出。

表 1 汇总了各主要用途对 kHz 频率范围晶体单元（音叉型晶体单元）的主要要求。如表中所示，音叉

型晶体单元主要用于机器的时钟、微机副时钟及定时，做为必须元器件被广泛用于各种用途中。从表中可以看出，任何市场对小型、低耗电、高精度、高可靠性的要求都存在着增长趋势。

2. 音叉型晶体单元与半导体工艺技术的变化趋势

图 1 显示了音叉型晶体单元的尺寸的变化趋势。从过去的 20 年中可以看出，体积从约 150 mm3缩小到约 1.5 mm3，急剧下降到最初的 1/100，小型化在不断进展。我们认为今后研究开发也将向更小型化的方向发展。

图 2 显示了内藏振荡电路的低功耗微机（MPU）的设计规则细微化的变化趋势。以前的设计规则为 0.2 μm～0.3 μm，且通常使用电源电压 VDD=1.8 V～3.0 Ｖ驱动。但近几年，随着细微化以及低电压化的进展，已跃进到 0.1 μm～0.15 μm、VDD=1.5 V～1.8 V 驱动的领域。

另外，待机时的功耗要求等级也从以前的 0.3 μW左右降至近年来的 0.1～0.2 μW。我们认为：为了降低成本而不断进展的设计规则的细微化以及为了降低功耗而引起的低电压驱动化，是时代所期盼的变化趋势将不会停滞。

由于上述音叉型晶体单元与半导体生产技术的变化趋势，本公司的技术支持部队已收到了如下所示的众

多故障事例：

·因音叉型晶体振荡单元的 CI 值增大造成振荡稳定性的恶化。

·因音叉型晶体振荡单元的频率敏感性的提高造成振荡频率的偏移。

·因半导体设计规则的细微化以及低电压化，造成抗电源噪音的性能降低或引起振荡裕度（oscillation

allowance）不足，无法得到稳定的振荡。

接下来在下一章中就这些伴随小型化、低电压化而引起的音叉型晶体单元所特有的注意点进行说明。

3. 小型化对特性的影响及其对策

3-1. 因 CI 值(晶体阻抗；Crystal Impedance)的增大而造成的振荡稳定性的下降如将晶体单元的谐振状态置换成电气电路，可以得到如图 3 所示的晶体振荡单元的等效电路，CI 值相当于等效电路的 R1。通常将晶体振荡单元小型化时CI 值会变大。这时，晶体振荡单元的 CI 值对振荡电路的影响及其对策如下所示。