随着物联网技术的发展,世界逐步迈入万物互联时代,各类智能终端产品层出不穷。晶体振荡器作为人工智能终端产品的“心脏”,被提出了更加严格的要求。其不仅要具备高稳定度的基本要求,还要有小体积的额外需求。传统的高稳定度晶体振荡器提高温度频率稳定度指标多采用外部补偿网络的方式,即用补偿网络产生的补偿电压来反馈调节晶振的输出频率。然而,额外的补偿网络就意味着更多的体积占比,这导致传统的高稳定度晶体振荡器通常体积都较大,难以应用在随身使用的便携终端上。在此背景下,本文设计了一种运用晶体力-频特性补偿自身温-频特性的小体积晶体谐振器。本课题源于国家自然科学基金基于晶体力-频传感特性的高性能温度补偿泛音晶体振荡器的基础研究。本文的主要贡献是:1.仿真分析了镀膜方向、厚度和形状对晶体谐振器谐振频率的影响效果。为了探索镀膜方式的不同对晶体谐振器频率拉动性的影响,本文对三种镀膜晶体谐振器进行了有限元仿真分析。首先用ANSYS有限元分析软件对三种镀膜晶体谐振器进行了热-结构耦合场分析。通过后处理结果发现,处于不同温度下的应力补偿薄膜对晶体施加热应力的形式和方向不同。该仿真结果对应力补偿式晶体谐振器补偿膜的应力施加问题提供了可视化的指导作用。随后,本文对晶体谐振器模型进行了预应力下的模态分析。其中,预应力为热-结构耦合场分析产生的薄膜热应力。通过对镀膜前后晶体谐振器在不同温度下的固有频率的测量,获取晶体谐振器补偿前后固有频率的温-频特性曲线。该仿真实验验证了镀膜处理对晶体谐振器谐振频率具有补偿效果。2.通过实验验证,获取了镀膜对晶体谐振器谐振频率的实际影响效果,并确定了最佳的镀膜方案。本文通过比较三种应力补偿膜晶体谐振器的温度频率稳定度特性,确定晶体片x轴方向为应力补偿膜的最佳镀膜方向,且半环形应力补偿膜是最佳的镀膜形状。而通过对比不同厚度应力补偿膜晶体谐振器的温度频率稳定度特性,确定了0.5倍中心电极厚度是半环形应力补偿膜的最佳镀膜厚度。实验表明,仅在应力补偿作用下,晶体谐振器的温度频率稳定度能够达到10^-6量级。相较于传统温补晶振相比,应力补偿式晶体谐振器具有低成本、低功耗和小体积的优势,并且保证了较高的温度频率稳定度要求。这为新型温补晶振的研发提供了一种新思路。