石英晶体谐振器加速度灵敏度的优化一直是谐振器设计者面临的一个难题。谐振器和安装组合的结构对称性在过去的理论和实践工作中已经显示,对加速度灵敏度有很大影响,并且已经开发了的专门结构,这些结构大大提高了性能。但是,随着机载雷达系统等应用的不断发展,对进一步改进的需求也越来越大。
需要良好加速度灵敏度的许多实际的高稳定性谐振器产品的设计也受到其他属性的限制,例如高品质因数,并且这些限制通常导致具有完全轮廓谐振器元件设计的低频泛音装置。本文考虑了轮廓形状的同心度对轮廓谐振器中石英盘的影响,结果表明,轮廓偏离空白中心与谐振器的加速度灵敏度有很强的相关性。还描述了用于测量相对于盘周边的轮廓位置的方法。
贴片晶振的加速度灵敏度(有时称为g灵敏度)在过去几十年中已经被广泛讨论。该参数在需要良好相位噪声但设备暴露于高振动场的应用中最为重要。直升机雷达系统的频率参考就是一个很好的例子。Tiersten和Zhou等人的理论工作基本上得出结论,在谐振器元件和安装结构中具有完美空间对称性的石英谐振器将呈现零g灵敏度。
这使用平面安装设计配置,其定位成与谐振器元件的中心平面重合,如图1所示。外环是刚性陶瓷结构,其牢固地连接到晶体基底上,并且在环和坯件之间是基本上平面的阵列结构,其还提供对晶振的静应力的减小。这种设计方法取得了很好的性能,具有g灵敏度的结果
在某些情况下低于10 / g,同时对于Q和相位噪声仍然表现良好。然而,与晶体参数通常的情况一样,在每个制造组中,g灵敏度的性能通常存在分布,这导致产量问题以及生产调度的不可预测性。此处报告的工作旨在找到这些异常结果的根本原因,重点是轮廓同心度。
图1 QRM安装结构
二。实验方法
这项工作的重点是目前制造的典型QRM谐振器类型:用于耐热石英晶体振荡器应用的10兆赫兹第三泛音SC切割。设计使用平面
凸面毛坯几何形状,凸面轮廓约为1.5屈光度。不是故意制造已知不对称的单元,然后测量它们的加速度灵敏度,而是使用的方法是从过去具有各种性能的组中选择零件。重新测量这些单元以验证g灵敏度结果,然后检查制造异常。最后,从支架上取下坯料,剥离电极,以便分析轮廓。
三。轮廓偏移测量方法
球形轮廓表面的几何形状如图2所示。历史上,由于石英晶振制造中的加工过程源自光学透镜工业中使用的方法,曲率半径通常以屈光度为单位。严格来说,该参数仅针对具有已知折射率的介质定义,如后所述,晶体石英的折射率没有很好地定义,因此通常替换1.525的冠玻璃折射率,这导致关系式〈525 / e〉,其中R以mm为单位测量,D为屈光度值。
图2轮廓几何
为了推导曲率半径R与偏移半径R处厚度增量变化ε之间的关系,毕达哥拉斯的应用给出:
有各种可行的方法来测量毛坯周边和轮廓表面之间的同心度,这决定了共振的模式位置。根据观察到的几何形状,每种技术都有优缺点,因此针对本产品中使用的特定空白几何形状评估了这些方法。