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共同探讨温漂是否会影响石英晶振的稳定性?

来源：http://yijindz.com 作者：yijinkj 2014年09月03

电子元器件有时令人琢磨不透,看似简单实属复杂,每个电路中用的电子元器件大小不同功能各异,很多工程师,在电路中使用晶振时,经常会碰到这样的烦恼,一是晶振在电路中匹配不理想,影响使用效果；二是晶振的温度漂移太大,甚至影响产品的性能.目前在电子产品日新月异的今天,成本问题肯定是生产商考虑的重要因素,同样对晶振的运用也会考虑到成本因素,因此工程师在设计电路时,因有源晶体振荡器（俗称钟振）比普通无源谐振器价格高出5~10倍,从而更多地选择使用无源的晶体运用到电路中；只有在一些高端产品如工控类、高速通信类产品才比较青睐使用有源晶振,因此就产生了以上常见的问题.究其原因,无源晶振的使用效果不仅取决于晶振本身的指标,还与振荡电路的设计匹配关联性极大,也常常出现匹配不理想的状况.有源晶振是直接将晶体与钟振IC“捆绑”封装调试后,提供给用户,避免了客户端因晶体负载匹配不当,造成电路频率漂移的麻烦.
我们知道石英晶振成份是二氧化硅,具有“压电效应"和极高的品质因数唯一的缺点是频率牵引量和温漂,这与石英晶片的切型和切角有关客户在使用晶体谐振器时,容易出现因负载不匹配造成的频率漂移现象.钟振就可以很好的避免这些现象它具有高精度和高稳定度,原因在于钟振内部使用了专业振荡IC,已经在未对钟振封装前,通过对水晶片上的电极喷银或者刻蚀等方式改变晶片厚度对晶体频率进行微调,从而使振荡电路输出想要的目标频率,提高了振荡电路的精度.并不是说有温漂就是不好的,任何东西都具有特性,所有石英晶体材料做成的频率元件都有一定的温漂,温漂成为影响石英晶体谐振器及石英晶体振荡器频率精度的重要因素.汽车电子中用到的温补晶振,恒温振荡器,都是针对晶体的频率温度特性做相应补偿,然而,市面上针对KHZ级别的温补晶振少之又少,这与石英晶体的切型密切相关.

      亿金电子工程部反复测试出音叉晶振32.768K会随着工作温度偏离常温25℃越远,温漂也随之变大,-10℃~60℃其温漂达到将近50ppm,如按工业级-40℃~85℃计算,温漂高达151ppm,难以适应工业级工作温度范围的电子产品,对其进行温度补偿也较为困难.因此,市面上针对32.768KHZ的TCXO很少,且价格极为昂贵.对于一般的消费类电子行业,如需工业级-40℃~85℃,且温度频差控制在±30ppm以内,使用普通音叉型32.768KHZ晶体,是无法满足要求的.然而,如果能将晶片切型改为AT切的切型,那么工业级温度频差控制在±30ppm以内将不成问题.下面来了解一下AT切 32.768KHZ钟振是如何实现的.
     AT切晶体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.因此,只要控制好晶片的切角在一定公差范围内,能保证两个拐点温漂在-40℃~85℃时不超过±30ppm并不是一件难事.然而AT切晶体只针对MHZ频率的晶体,如何让石英晶体振荡器转换成32.768KHZ频率？钟振32.768KHZ通过分频方式,便可以实现.如采用AT切16.777216MHZ晶体,通过512分频,那么就可以得到想要的32.768KHZ频率.钟振实现对频率的分频并不困难,都集成在振荡IC内部.因此,使用AT切MHZ分频实现的32.768KHZ钟振,在频率温度特性上,有很大的改良,在没有进行温度补偿的时候,-40℃~85℃条件下,温度频差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以实现的.

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