共同探討溫漂是否會影響石英晶振的穩定性?
來源：http://www.py519.com 作者：yijinkj 2014年09月03
電子元器件有時令人琢磨不透,看似簡單實屬復雜,每個電路中用的電子元器件大小不同功能各異,很多工程師,在電路中使用晶振時,經常會碰到這樣的煩惱,一是晶振在電路中匹配不理想,影響使用效果；二是晶振的溫度漂移太大,甚至影響產品的性能.目前在電子產品日新月異的今天,成本問題肯定是生產商考慮的重要因素,同樣對晶振的運用也會考慮到成本因素,因此工程師在設計電路時,因有源晶體振蕩器（俗稱鐘振）比普通無源諧振器價格高出5~10倍,從而更多地選擇使用無源的晶體運用到電路中；只有在一些高端產品如工控類、高速通信類產品才比較青睞使用有源晶振,因此就產生了以上常見的問題.究其原因,無源晶振的使用效果不僅取決于晶振本身的指標,還與振蕩電路的設計匹配關聯性極大,也常常出現匹配不理想的狀況.有源晶振是直接將晶體與鐘振IC“捆綁”封裝調試后,提供給用戶,避免了客戶端因晶體負載匹配不當,造成電路頻率漂移的麻煩.
我們知道石英晶振成份是二氧化硅,具有“壓電效應"和極高的品質因數唯一的缺點是頻率牽引量和溫漂,這與石英晶片的切型和切角有關客戶在使用晶體諧振器時,容易出現因負載不匹配造成的頻率漂移現象.鐘振就可以很好的避免這些現象它具有高精度和高穩定度,原因在于鐘振內部使用了專業振蕩IC,已經在未對鐘振封裝前,通過對水晶片上的電極噴銀或者刻蝕等方式改變晶片厚度對晶體頻率進行微調,從而使振蕩電路輸出想要的目標頻率,提高了振蕩電路的精度.并不是說有溫漂就是不好的,任何東西都具有特性,所有石英晶體材料做成的頻率元件都有一定的溫漂,溫漂成為影響石英晶體諧振器及石英晶體振蕩器頻率精度的重要因素.汽車電子中用到的溫補晶振,恒溫振蕩器,都是針對晶體的頻率溫度特性做相應補償,然而,市面上針對KHZ級別的溫補晶振少之又少,這與石英晶體的切型密切相關.
億金電子工程部反復測試出音叉晶振32.768K會隨著工作溫度偏離常溫25℃越遠,溫漂也隨之變大,-10℃~60℃其溫漂達到將近50ppm,如按工業級-40℃~85℃計算,溫漂高達151ppm,難以適應工業級工作溫度范圍的電子產品,對其進行溫度補償也較為困難.因此,市面上針對32.768KHZ的TCXO很少,且價格極為昂貴.對于一般的消費類電子行業,如需工業級-40℃~85℃,且溫度頻差控制在±30ppm以內,使用普通音叉型32.768KHZ晶體,是無法滿足要求的.然而,如果能將晶片切型改為AT切的切型,那么工業級溫度頻差控制在±30ppm以內將不成問題.下面來了解一下AT切 32.768KHZ鐘振是如何實現的.
AT切晶體頻率溫度曲線為三次曲線,呈躺著的“S”型曲線,隨著溫度的變化,溫漂呈“S”型軌跡變化,大致在-10℃和+60℃時,有兩個“拐點”,即溫漂又會反方向拐回來.因此,只要控制好晶片的切角在一定公差范圍內,能保證兩個拐點溫漂在-40℃~85℃時不超過±30ppm并不是一件難事.然而AT切晶體只針對MHZ頻率的晶體,如何讓石英晶體振蕩器轉換成32.768KHZ頻率？鐘振32.768KHZ通過分頻方式,便可以實現.如采用AT切16.777216MHZ晶體,通過512分頻,那么就可以得到想要的32.768KHZ頻率.鐘振實現對頻率的分頻并不困難,都集成在振蕩IC內部.因此,使用AT切MHZ分頻實現的32.768KHZ鐘振,在頻率溫度特性上,有很大的改良,在沒有進行溫度補償的時候,-40℃~85℃條件下,溫度頻差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以實現的.
我們知道石英晶振成份是二氧化硅,具有“壓電效應"和極高的品質因數唯一的缺點是頻率牽引量和溫漂,這與石英晶片的切型和切角有關客戶在使用晶體諧振器時,容易出現因負載不匹配造成的頻率漂移現象.鐘振就可以很好的避免這些現象它具有高精度和高穩定度,原因在于鐘振內部使用了專業振蕩IC,已經在未對鐘振封裝前,通過對水晶片上的電極噴銀或者刻蝕等方式改變晶片厚度對晶體頻率進行微調,從而使振蕩電路輸出想要的目標頻率,提高了振蕩電路的精度.并不是說有溫漂就是不好的,任何東西都具有特性,所有石英晶體材料做成的頻率元件都有一定的溫漂,溫漂成為影響石英晶體諧振器及石英晶體振蕩器頻率精度的重要因素.汽車電子中用到的溫補晶振,恒溫振蕩器,都是針對晶體的頻率溫度特性做相應補償,然而,市面上針對KHZ級別的溫補晶振少之又少,這與石英晶體的切型密切相關.
億金電子工程部反復測試出音叉晶振32.768K會隨著工作溫度偏離常溫25℃越遠,溫漂也隨之變大,-10℃~60℃其溫漂達到將近50ppm,如按工業級-40℃~85℃計算,溫漂高達151ppm,難以適應工業級工作溫度范圍的電子產品,對其進行溫度補償也較為困難.因此,市面上針對32.768KHZ的TCXO很少,且價格極為昂貴.對于一般的消費類電子行業,如需工業級-40℃~85℃,且溫度頻差控制在±30ppm以內,使用普通音叉型32.768KHZ晶體,是無法滿足要求的.然而,如果能將晶片切型改為AT切的切型,那么工業級溫度頻差控制在±30ppm以內將不成問題.下面來了解一下AT切 32.768KHZ鐘振是如何實現的.AT切晶體頻率溫度曲線為三次曲線,呈躺著的“S”型曲線,隨著溫度的變化,溫漂呈“S”型軌跡變化,大致在-10℃和+60℃時,有兩個“拐點”,即溫漂又會反方向拐回來.因此,只要控制好晶片的切角在一定公差范圍內,能保證兩個拐點溫漂在-40℃~85℃時不超過±30ppm并不是一件難事.然而AT切晶體只針對MHZ頻率的晶體,如何讓石英晶體振蕩器轉換成32.768KHZ頻率？鐘振32.768KHZ通過分頻方式,便可以實現.如采用AT切16.777216MHZ晶體,通過512分頻,那么就可以得到想要的32.768KHZ頻率.鐘振實現對頻率的分頻并不困難,都集成在振蕩IC內部.因此,使用AT切MHZ分頻實現的32.768KHZ鐘振,在頻率溫度特性上,有很大的改良,在沒有進行溫度補償的時候,-40℃~85℃條件下,溫度頻差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以實現的.
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