晶振的溫度漂移問題
來源：http://m.jqhs.com.cn 作者：kangbidz 2012年11月10
了解石英晶振的人都會為一個問題苦惱,那就是溫漂,晶振出現溫漂有很多種因素，例如天氣、焊接過程中的失誤，晶振在產品工作的過程中出現溫漂的話就會導致頻率不穩定，甚至停振的現象，溫漂是晶振的一個重要特性,一般情況下晶振出現溫漂是在室外溫度偏低或者比正常溫度較高的情況下。這是比較常見的現象，溫補晶振是為解決這一問題所設計出來的一款高穩定度的壓電元件，從而使產品在工作過程中得到溫度補償的作用。首先我們來看下所有石英晶振本身怎樣會產生頻漂現象的。
石英晶振俗稱水晶，成分為二氧化硅，具有"壓電效應"和極高的品質因數，被應用于各種振蕩電路，其頻率穩定度一般可以達到10-6~10-8數量級，甚至更高。然而其頻率精度受到石英晶體自身所固有的兩個特性影響：頻率牽引量(TS)和溫漂。頻率牽引量是描述石英晶體頻率精度隨著負載電容變化而變化的物理量，單位為PPM/PF.溫漂是描述晶體頻率精度隨著溫度的變化而變化的物理量，為石英晶體諧振器所固有的特性，其頻率溫度曲線與石英晶片的切型和切角有關。從用戶使用角度講，用戶沒法改變晶片的切角切型，卻很容易改變振蕩回流的負載，也正因此原因，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。
音叉32.768KHZ晶體頻率溫度曲線為二次拋物線，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的公差范圍內，那么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。MHZ的貼片晶振頻率就更容易實現這一點,關鍵是可以減少繁瑣晶體負載匹配過程，溫補晶振正好可以彌補這一點，而且還能提高產品的穩定性。
作者—康比電子
石英晶振俗稱水晶，成分為二氧化硅，具有"壓電效應"和極高的品質因數，被應用于各種振蕩電路，其頻率穩定度一般可以達到10-6~10-8數量級，甚至更高。然而其頻率精度受到石英晶體自身所固有的兩個特性影響：頻率牽引量(TS)和溫漂。頻率牽引量是描述石英晶體頻率精度隨著負載電容變化而變化的物理量，單位為PPM/PF.溫漂是描述晶體頻率精度隨著溫度的變化而變化的物理量，為石英晶體諧振器所固有的特性，其頻率溫度曲線與石英晶片的切型和切角有關。從用戶使用角度講，用戶沒法改變晶片的切角切型，卻很容易改變振蕩回流的負載，也正因此原因，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。
音叉32.768KHZ晶體頻率溫度曲線為二次拋物線，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的公差范圍內，那么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。MHZ的貼片晶振頻率就更容易實現這一點,關鍵是可以減少繁瑣晶體負載匹配過程，溫補晶振正好可以彌補這一點，而且還能提高產品的穩定性。
作者—康比電子
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此文關鍵字： 溫度漂移問題 溫補晶振
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