以往探讨晶体切割方式时，提到最多的基本都是AT切割，因为这是切割晶体时，比较常用的一种，今天讨论的主题是OCXO晶振的切割，分别有两种AT和SC。不同的切割方式，生产出来的晶振是一样的，因此针对不同类型的晶振，会使用不同的切割，OCXO也叫做烤箱恒温晶体振荡器，制造商一般采用SC，但AT切口有不同的温度稳定性曲线，将两者用来比较，本文主要分析SC和AT切割的性能，成本两大方面的比较，看看哪种更适合用于OCXO设计。为了方便比较，下图表示了AT和SC。

图1

可以看出，AT是宽温度范围内的首选切口。在25°C（拐点温度）附近对称，可以产生在-55°C至125°C范围内具有良好稳定性的角度.C切割的拐点温度为92°C，在较热端非常平坦，但尾部关闭很快就冷了。对于OCXO应用，晶振的工作温度通常在80-100°C的范围内。
SC切割：
伯爵埃尔尼斯于1976年在理论上对SC进行了定义.Jack Kusters后来在1977年通过实验证实了这一点[1]。切割是双旋转并且由θ=34.11度和phi=21.93度定义。
字母SC代表“压力补偿”。由于石英是各向异性的，因此可以通过在phi方向上的第二次旋转来减少或消除AT切割中看到的应力。[2]通过计算，21.3°的phi旋转将不会产生应力引起的频移。

图2

在上转折点切割AT的温度曲线：

图3

在OCXO振荡器应用中，AT切割角度由零斜率点或转折点定义。转折点和炉控制的斜率是频率稳定性的主要变量。温度通常设定在规格要求的上限环境温度10°C。对于0-70°C应用，烤箱设置为85°C+/-5°C。指定转折点角度以匹配烤箱温度。
在图3中，我们还显示每条曲线的局部斜率为转折点±1°C。如果烤箱控制低于AT切割晶体转折点的±1°C，这使OCXO设计人员能够看到预期的稳定性。如果烤箱可以保持更紧密，那么可以实现更严格的稳定性。
在削减：
AT切割是业内最常用的切割角度。它在很宽的温度范围内具有非常好的性能。切割是在35°θ旋转的Y杆上进行的。

图4

下转折点SC角的温度曲线;

图5

在上面的SC曲线（θ等效）中，注意曲线的局部斜率与前面显示的AT曲线相比。斜率的5倍改善是SC切割用于更严格的稳定性应用的一个原因。还要注意角度分布更紧密，以实现OCXO石英晶振所需的典型烤箱范围内的调谐点。
SC削减了性能改进：
如上所述，SC削减是压力补偿。减少石英晶体中的应力效应会带来以下性能改进[3]：
安装座上的机械应力（压缩），导致频移更少，降低衰老。
石英晶体谐振器单元中的老化始终是高稳定性器件中的关注点。安装件对晶片边缘的应力（压缩或张力）导致频率负向移动。随着时间的推移，这种压力会放松并导致频率正向移动。SC切割使这种频率偏移最小化，并且比AT切割产生更好的老化。
较高的驱动水平会加热石英并在石英中产生应力。SC允许在更改驱动器级别时降低频率偏移。石英中的摩擦损失转化为热量。局部热量（在电极区域下）设定石英中的热梯度和应力。更多的驱动器等于更多的热量。这种压力导致频率发生变化。由于驱动电平的变化，SC切割显示出较低的频率偏移。
烤箱加热会导致石英的热梯度，OCXO过冲将减少。
在OCXO恒温晶振中，烤箱设计用于加热石英装置并使其保持恒定温度。在最初的预热期间，烤箱加热器以100％的功率运行以缩短预热时间。在此期间，石英中的温度梯度最差，导致石英中的应力。一旦烤箱达到设定温度（通常为85°C），频率将继续超出设定频率。这称为“过冲”。随着压力继续稳定，频率将继续移动，直到温度梯度（由于烤箱）达到平衡。SC切割显示出比AT切割更少的过冲。
重力会对石英施加应力，导致冲击或振动下的频率偏移。降低G灵敏度。
在高稳定性应用中，G灵敏度非常重要，可以在运行时看到运动。这可以是诸如车辆或空中的移动应用。或者可以在任何会发生冲击或振动的应用中指定。动量变化产生的机械力会影响OCXO恒温晶振的频率稳定性。这通过力的量来量化为“G”（一个重力）。对于给定的应用，可以指定每G的最小ΔF。安装座中石英的应力变化会导致频率发生变化。对于SC切割，可以满足几十ppb/G的规格。AT减少了10倍。这些数字见于一个“G”，但如果在10G到1000G时出现振动或冲击，则频移应乘以该数量。
烤箱的变化会导致小的瞬态，导致热应力，降低短期稳定性。
在OCXO烤箱中，烤箱温度控制尽可能紧密。如果外部温度发生变化，烤箱会做出反应以补偿这种变化。这些变化很快发生，通常非常小，但会在石英中产生温度瞬变和热应力。应力影响频率漂移.CC切割对此瞬态的反应较小，从而产生更好的短期稳定性。
SC需要更严格的校准：
SC切割具有较低的Cm值（在给定频率下）与AT切割相比较。这意味着电路中的频率拉低更少，从而导致更严格的校准要求。SC需要校准至少比同等AT切割低3倍，以便设置振荡器的频率。
成本问题：
为什么SC削减比AT削减更昂贵？两次轮换比一次更难。
切割操作劳动强度大，难以控制。随着第二次旋转（φ），θ角也旋转。如果一个角度移动，第二个角度也会移动。
SC的角度公差比AT更严格。对于SC，θ角度窗口通常为0.7分钟宽。对于80-90°C的类似转折点范围，AT角大约为4.0分钟。更紧密的角度具有更多的产量损失.CC切割具有额外的研磨操作由于SC的非常紧密的θ要求，在锯切操作之后晶片有时被“角度校正”。这种增加的操作提高了产量但增加了人工成本。
SC可以实现更高的Q值：
尽管不是与应力相关的效应，但是SC降低Cm值导致晶体中的Q更高。较高的Q导致石英晶体振荡器中更好的相位噪声，这在高稳定性应用中是非常期望的。
SC需要真空密封外壳：
SC切口对压力敏感，需要真空密封外壳以允许更低的阻力和更高的Q.AT切割将受益于真空密封，但SC几乎总是需要这样才能获得适当的性能。真空密封通常通过冷焊或玻璃密封来完成，这是更昂贵的包装。
SC振荡器需要频率陷阱：
SC切割晶体在C模式下运行。必须捕获同样强大的第二模式B模式，以避免电路在错误的频率上运行。这种额外的电路成本更高，占用更多空间。
我们已经讨论了AT和SC切割晶体的差异。在Oscillator应用中，SC切割可带来更好的温度稳定性（<10ppb）。SC切割也可以实现更好的老化（<2ppb/天）。SC切割具有更高的Q值，从而实现更低的相位噪声。为了实现SC的这些性能提升，由于更多的劳动力和更低的AT产量，制造成本更高。

性能	SC切割	AT Cut
老化	最好	好
温度稳定性	最好	好
驱动电平灵敏度	最好	好
G灵敏度	最好	好
频率过冲	最好	好
音量/可用性	好	最好
交货时间	好	最好
成本	更高	降低

通过以上的讨论和比较，得出的结论是SC切割明显更适合恒温晶体振荡器，但是成本会比较好，AT切割成本低，差异也不是很大，而且方便量产，AT跟SC切割都有自己的优点和缺点，但大部分的晶振厂家为了其性能更好，更稳定，仍然会使用SC切割。

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AT和SC哪种切割方式更合适OCXO晶振?

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