晶振温漂是什么?如何通过晶振选型来解决温漂问题?

晶振在产品电路中的温漂大,就意味着频率偏差大,严重时会直接影响产品的功能及性能。因此在晶振电路设计及晶振选型时,特别需要重视晶振的温漂特性。作为晶振厂家,针对晶振温漂问题及解决方案,晶诺威科技解释如下:

晶振温漂:晶振频率随着外界温度变化而随之变化的现象就是温漂。

那么,晶振为何会出现温漂现象?石英晶体的成分为二氧化硅,具有“压电效应”和极高的品质因数(Q值),因此被应用于各种振荡电路,晶诺威科技生产的晶振频率稳定度可以达到调整频差:±10ppm(25℃)及±25ppm(工作温度:-40℃~+85℃)。

晶振温漂是什么?如何通过晶振选型来解决温漂问题?

然而晶振的频率精度却受到石英晶体自身所固有的两个特性影响:频率牵引量(TS)和温漂。频率牵引量是描述石英晶体频率精度随着负载电容变化而变化的物理量,单位为PPM/PF。温漂是描述晶体频率精度随着温度的变化而变化的物理量,为石英晶体所固有的特性,其频率温度曲线与石英晶片的切型和切角有关。目前主流切型为AT切,已经最大程度消减了温漂影响。AT切晶振频率温度曲线为三次曲线,呈躺着的”S”型曲线,随着温度的变化,温漂呈”S”型轨迹变化,大致在-10℃和+60℃时,有两个”拐点”,即温漂又会反方向拐回来。

晶振温漂是什么?如何通过晶振选型来解决温漂问题?

从用户使用角度讲,唯一能做到的就是在晶振选型方面,尽量选择精度更高更稳定的晶振产品。道理很简单,比如一般负责开机功能的晶振24MHz。 选择频差范围在±10PPM的晶振显然要比频差范围在±30PPM的好得多。芯片针对晶振的频率精度范围有要求,即,晶振输出的频率范围必须满足芯片的捕捉范围。举例:如果芯片对晶振24MHz提出的频率范围要求是±10PPM,那么晶振24MHz在工作中需要稳定输出的频率范围为:23.999760MHz~24.000240MHz,一旦因为温漂超出这个范围,芯片就会失去指导信号,如同人的大脑瞬间一片空白或逻辑混乱,任何指令进程将无法进行下去。

客户在选择无源晶振方案之时,为了避免温漂隐患,除了选择精度更好的晶振之外,需要根据电路选择与晶振最佳匹配的外接电容,确保晶振处于最佳工作状态,即频率尽量靠近中心点。

一些客户倾向于选择有源晶振方案,有源晶振之所以具备高精度和高稳定度的性能是因为内置IC,振荡电路已经最佳匹配,比如在有源晶振封装前,就已经通过电极喷银或刻蚀等方式对晶片频率进行了微调,从而使振荡频率处于精度最佳,借此避免了无源晶振因外接电容不匹配造成频率偏差,更进一步消减了温漂隐患。

对晶振精度及稳定性要求极高的产品(如工业级及军工级产品)对温漂提出了更高要求,因此当普通无源晶振及有源晶振无法满足设备要求之时,专门带着解决温漂问题的温补晶振TCXO或/及压控温补晶振VCTCXO就开始闪亮登场了。温补晶振的调整频差可以做到±1.5ppm,在工作温度-40°C 至+85°C区间,频率变化值可以控制在±0.5ppm。

如下图温补晶振TCXO产品电气参数所示:

晶振温漂是什么?如何通过晶振选型来解决温漂问题?

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