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石英晶振作為一款頻率元件,很多方面的因素都會對晶振產品的輸出頻率信號造成極大的,比如晶振產品自身的固有特性等不可控因素之外,除了固有屬性以外,如溫度這樣的自然因素也會對它們的功能特性產生極大影響.今天主要說的就是溫度方面的問題,溫度一般是不可控的,一個恒溫的工作環(huán)境更是不可能的,因為不僅周圍溫度在變化,而且電子產品在使用的時候也會隨著石英的時長而產生熱量,故晶振周圍的溫度往往越來越高.

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(lián)性極大,也常常出現(xiàn)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,下面來淺談有源晶振(鐘振)是如何做到避免以上不良的.

石英晶體俗稱水晶,成分為二氧化硅,具有"壓電效應"和的品質因數(shù),被應用于各種振蕩電路,其頻率穩(wěn)定度一般可以達到10-6~10-8數(shù)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,客戶在使用石英晶體諧振器時,容易出現(xiàn)因負載不匹配造成的頻率漂移現(xiàn)象.

鐘振之所具有高精度和高穩(wěn)定度,原因在于鐘振內部使用了專業(yè)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,避免了因負載不匹配造成的頻率漂移,提高了振蕩電路的精度.

上文提到石英晶體還有一個重要的特性--溫漂.所有的石英晶體材料做成的頻率器件,均有一定的溫漂.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.溫補晶振(TCXO),恒溫晶振(OCXO),都是針對晶體的頻率溫度特性做相應的補償,頻率精度TCXO小于±2.5ppm,OCXO小于±10ppb(1ppb=10-3ppm),甚至更高.溫度補償,成為彌補石英晶體溫漂的重要手段.然而,市面上針對KHZ級別的溫補鐘振少之又少,其原因,我可以從晶體的切型方面分析.

溫度方面的問題在上述內容中已經做了詳細介紹,從那些內容也可以看出溫度幾乎不可控,所以解決起來也相當麻煩;就我個人來看,有源晶振系列產品普遍精度較高,而且對環(huán)境的適應性比較強,甚至還有一款較為特殊的石英晶體振蕩器:溫補晶振,這款晶振具備溫度補償電路,它之所以特殊就是因為可以通過周圍的溫度補償做相應的補償工作,然后改變頻率變化量,但是這也是有限度的,超出極限同樣會損壞產品.當然還有上述提到的恒溫晶振也是相當不錯的,具體的可根據(jù)自己的產品需求來選擇.