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					<h1>Epson 石英元件等效電路與振盪頻率特性</h1>
 (第二篇)
 文: 台灣愛普生 林志遠 
 
在產品技術文件系列–(1)的章節中，我們說明了石英元件的基礎原理說明以及石英晶體的等效
電路(R1, L1,C1,C0)。而在這個章節，我們將會繼續說明石英晶體的等效電路，同時包含各參數特性，以及如何透過等效電路的參數特性進而實現不同的諧振電路(例，串聯諧振與並聯諧振)。
在此之前，我們先簡單的複習一下石英晶體的等效電路；
◎石英晶體等效電路
石英晶體在諧振頻率時，可以透過下列等效參數來模擬 :
R1: 等效串聯電阻 (或稱動態電阻) Equivalent Series Resistance
L1: 等效串聯電感 (或稱動態電感) Motional Inductance
C1: 等效串聯電容 (或稱動態電容) Motional Capacitance
C0: 等效並聯電阻 (或稱靜態電容) Shunt Capacitance
 
圖1為石英晶體簡化後的電氣等效電路。 <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21040/tinymce/4.png" alt=""> 
◎諧振電路
而在石英晶體的等效電路中有兩個最有用的零相位頻率，其中一個是諧振頻率(fr或稱為fs串聯
諧振)，另一個是反諧振頻率(fa)。
當石英晶體元件實際應用於振盪電路時，一般還會與負載電容(Load Capacitance)相連接，使得
石英晶體工作於fr和fa之間的某個頻率，而這個頻率會由振盪電路的相位以及有效的電抗
來決定，而透過改變振盪電路的電抗條件，就可以在有限的範圍內調節石英晶體的振盪頻率。 <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21040/tinymce/5.png" alt="">                                                            圖2 諧振頻率vs . 電抗特性 
fs (Series resonance frequency/串聯諧振頻率) = 1/ (2π√L1･C1)
fp (Parallel resonance frequency/並聯諧振頻率) = 1/｛2π√L1･C1･C0/ (C1+ C0)｝
fL(Load frequency /負載諧振頻率) = fs･{1+(C1/2(C0+CL))｝
Q (Quality factor/品質因數) = 2 π･fs･L1/ R1= 1/ (2π･fs･C1･R1)=fs/BW
* Quality factor/品質因數 : 諧振時儲能元件所儲能量與電路所消耗能量之比值。
(在串聯諧振頻率與並聯諧振頻率之間的間隔稱為頻帶寬度(BW, BandWidth)，當頻寬越小時，品質因數越高，可排除中心頻率以外頻率的能力越好，頻率穩定性相對會更好。)
 
石英晶體元件在靠近諧振頻率以及各項等效迴路的複數座標圖，以圖3顯示。
圖3顯示了不同電路條件下的等效電路模型，以及諧振頻率與各項參數與電阻間的關係。
在這裡，我們也可以找到各種常數之間的關係； 
<img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21040/tinymce/6.png" alt=""> 
◎等效參數與振盪特性影響
1.負載電容與頻率特性
石英元件一般是透過電容性的負載電抗元件CL (以下簡稱負載電容)來改變振盪頻率，而與fL、
fr之間的頻率偏差值，則是以負載時的諧振頻率偏移值△F/F(dF/F)做為定義。
而在實際調整頻率時，此負載電容(CL)將會變成可變值。可透過以下的算式來計算，有負載時的
諧振頻率偏移值。
 
△F/F=(fL-fr)/fr ≈ C1/2(C0+CL) <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21040/tinymce/7.png" alt=""> 
圖4為負載時的諧振頻率偏移值的特性範例(負載電容vs.頻率特性)。此特性會因石英晶體元件的尺寸或電極的設計而有所不同。如圖中所示，負載電容越小，曲線的傾斜度便會越大。
(當負載電容越小，頻率變動範圍會隨著變大，切線傾斜度[斜率]也會隨之變的更陡峭/更大。)
基於上述因素，一般建議使用適正值負載電容，不建議使用過低負載電容，詳請洽台灣愛普生。
 
<ol start="2">
<li>驅動位準(Drive Level)</li>
</ol>
因為石英晶體的振盪動作是機械性的。如果透過振盪電路增加流經石英晶體元件的電流，則其振盪的幅度便會增加，最後甚至可能會因為超出忍受規格範圍而導致元件損壞。所以提高驅動位準(Drive Level)時，有可能會因為機械性振盪動作的扭曲，或是因內部摩擦而使得溫度稍微上升等影響，而導致振盪頻率或是等效電阻產生非線性變動、穩定度下降、等效電路參數變異等。 <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21040/tinymce/8.png" alt=""> 
圖5橫軸為驅動位準等級，縱軸則為頻率變化量(亦可將縱軸更換成等效電阻)。圖中顯示出各種尺寸的不同特性。石英晶體元件的尺寸愈小，即使驅動位準等級較低，頻率(或等效電阻)也會開始變化(非線性上升)。
 
 
3.老化特性 (Aging)
石英晶體的老化特性由多種因素決定，包括使用的振動模式、石英晶體的厚度、尺寸、表面處理
、電極材料、安裝方法、氣密封裝方法(氣密性)、生產過程中的清潔度、熱處理條件等。
頻率老化特性也受石英晶體使用條件的影響。例如，高溫運作的條件活動可能會加速衰老。
 
 
我們將會在下一個章節，說明振盪回路特性與相關設計與建議。
 
 
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Epson 石英元件等效電路與振盪頻率特性

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					Epson 愛普生新款支援+105°C、±100ppb高穩定性溫度補償型石英振盪器 (5.0x3.2x1.4mm封裝) - TG5032CKN / TG5032SKN / TG5032CMN / TG5032SMN / TG-5510CB / TG-5511CB
<img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21039/tinymce/1.png" alt="">
高穩定性，可選擇CMOS或Clipped Sine輸出信號準位
- 頻率範圍 10MHz ~ 54 MHz
- 支援 +105°C高溫運作，適用於5G基地站和邊緣運算，或戶外安裝、小型、無風扇設計等設備或產品
- 與過去同等級溫度補償型石英振盪器相比，新款產品對頻率/溫度偏移控制斜率、相位噪聲特性等特性，都有顯著改善
- 符合GR-1244-CORE Stratum3，ITU-T G.8262.1、G.8273.2標準
- 注意：上列機種皆不支援電壓控制頻率調變 (Vcon) 功能
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產品特點 : TG5032CKN / TG5032SKN / TG5032CMN / TG5032SMN
</h2>
<img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21039/tinymce/3.png" alt="">
 - 輸出頻率 (fo) : 10MHz ~ 54MHz   - 工作電壓 : 3.3V 標準值   - 工作溫度 : -40 ℃ to +105 ℃   - 頻率/溫度穩定性 : max. ±0.1 × 10-6 (-40 ℃ to +105 ℃)   - 頻率/溫度偏移控制斜率 : max. 0.05 × 10-6/℃ (-40 ℃ to +105 ℃)   - Free run精準度 : max. ±4.6 × 10-6 / 20年 (Stratum3標準)   - Wander偏差 (TDEV時間偏差，MTIE最大時間間隔偏差) : 符合ITU-T G.8262.1，G8273.2標準   - 封裝尺寸 : 5.0 × 3.2 × 1.45 mm (10 pins或4 pins可選項)   - 電壓控制頻率調變 (Vcon) : 不支援
更多產品資訊 <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032ckn.html">TG5032CKN</a>  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032skn.html">TG5032SKN</a>  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032smn.html">TG5032SMN</a>  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032cmn.html">TG5032CMN</a>
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產品特點 : TG-5510CB / TG-5511CB
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<img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21039/tinymce/2.png" alt=""> 
 - 輸出頻率 (fo) : 10MHz ~ 54MHz   - 工作電壓 : 3.3V 標準值   - 工作溫度 : -40 ℃ to +85 ℃ (+105 ℃選項)   - 頻率/溫度穩定性 : max. ±0.28 × 10-6 (-40 ℃ to +85 ℃)   - 頻率/溫度偏移控制斜率 : max. 0.05 × 10-6/℃ (-40 ℃ to +105 ℃)   - Free run精準度 : max. ±4.6 × 10-6 / 20年 (Stratum3標準)   - Wander偏差 (TDEV時間偏差，MTIE最大時間間隔偏差) : 符合ITU-T G.8262.1，G8273.2標準   - 封裝尺寸 : 5.0 × 3.2 × 1.45 mm (10 pins或4 pins可選項)   - 電壓控制頻率調變 (Vcon) : 不支援
更多產品資訊  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032ckn.html">TG5032CKN</a>  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032skn.html">TG5032SKN</a>  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032smn.html">TG5032SMN</a>  <a href="https://www5.epsondevice.com/en/products/tcxo/tg5032cmn.html">TG5032CMN</a>
<h2>產品應用</h2>
  - 網路通訊設備    - 基地台    - 微波通信   - 相容於各時間同步標準    -  Stratum3    - SyncE (同步式乙太網路)    - IEEE1588 (精確時間協議)
新產品新聞 : <a href="https://www5.epsondevice.com/en/news/topics/tg5032xkn_xmn_tg551xcb_210331.html">https://www5.epsondevice.com/en/news/topics/tg5032xkn_xmn_tg551xcb_210331.html</a>
 
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					<img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21037/tinymce/1.jpg" alt="1"> Elkhart Lake平台的處理器規格 <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21037/tinymce/2.jpg" alt="2"> Elkhart Lake的主要功能 性能 :  <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21037/tinymce/3.jpg" alt="3"> <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21037/tinymce/4.jpg" alt="4"> <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21037/tinymce/5.jpg" alt="5"> 新一代顯卡：在英特爾® 超核芯顯卡的幫助下，顯卡功能取得了巨大飛躍。最多可同時驅動三台解析度高達 4kp60 的顯示器，這在屬於同一家族的處理器中尚屬首次。 集成和靈活性：藉助採用英特爾® 可編程服務引擎（英特爾® PSE）的專用卸載引擎。它採用 ARM*Cortex-M7 微控制器，能夠為物聯網應用程序提供獨立的低 DMIPS 計算和低速輸入/輸出。它還配備了遠程帶外設備管理、網絡代理、嵌入式控制器和傳感器控制中心等全新功能。 遠程設備管理：通過 Wi-Fi 或有線乙太網監控和管理使用帶內功能的設備，以執行遠程固件和軟體更新。當操作系統無響應時，通過有線乙太網使用帶外可管理性。 滿足功能性安全要求：英特爾® Safety Island英特爾凌動® x6000FE 系列工業處理器在晶片中集成了功能性安全功能，符合 IEC 61508 和 ISO 13849 的功能安全要求（SIL2/Cat.3 PL d 認證，SIL3/Cat.4 PL e 適用）。 集成連接：藉助三個具有時效性網絡 (TSN) 功能的集成 2.5 GbE MAC，輕鬆提供高速連接。 <img src="https://edit.wpgdadawant.com/uploads/news_file/vendornews/2021/21037/tinymce/6.jpg" alt="6"> 你可以用 Elkhart Lake 做什麼 工業自動化 工業系統通常以“始終在線”狀態運行，要求高水平的可靠性和正常運行時間，進而需要操作更智能、更緊密連接、更加自主。 零售 支持諸如在 ATM 或智能自動售貨機上進行身份驗證的面部識別、無收銀台結賬的目標檢測、人數統計以及受眾分析等功能。 英特爾智慧城市物聯網解決方案 利用數據實現環境監控、智能照明、移動性、公共服務自助終端和其他智慧城市解決方案。包括人工智慧、視覺和連接性在內的英特爾® 技術可提供從邊緣到雲的卓越性能。 醫療 領先的醫院正在使用數據分析、機器學習和人工智慧來確認風險最高的患者，以便能夠更快地應對危及生命的狀況。				</div>
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