晶振的溫度漂移問題
來(lái)源：http://www.fengxong.cn 作者：kangbidz 2012年11月10
了解石英晶振的人都會(huì)為一個(gè)問題苦惱,那就是溫漂,晶振出現(xiàn)溫漂有很多種因素，例如天氣、焊接過(guò)程中的失誤，晶振在產(chǎn)品工作的過(guò)程中出現(xiàn)溫漂的話就會(huì)導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定，甚至停振的現(xiàn)象，溫漂是晶振的一個(gè)重要特性,一般情況下晶振出現(xiàn)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(xiàn)象，溫補(bǔ)晶振是為解決這一問題所設(shè)計(jì)出來(lái)的一款高穩(wěn)定度的壓電元件，從而使產(chǎn)品在工作過(guò)程中得到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。首先我們?lái)看下所有石英晶振本身怎樣會(huì)產(chǎn)生頻漂現(xiàn)象的。
石英晶振俗稱水晶，成分為二氧化硅，具有"壓電效應(yīng)"和極高的品質(zhì)因數(shù)，被應(yīng)用于各種振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度一般可以達(dá)到10-6~10-8數(shù)量級(jí)，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(gè)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(fù)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(guān)。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(fù)載，也正因此原因，客戶在使用晶體諧振器時(shí)，容易出現(xiàn)因負(fù)載不匹配造成的頻率漂移現(xiàn)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(yuǎn)，溫漂也隨之變大，-10℃~60℃其溫漂達(dá)到將近50ppm,如按工業(yè)級(jí)-40℃~85℃計(jì)算，溫漂高達(dá)151ppm,難以適應(yīng)工業(yè)級(jí)工作溫度范圍的電子產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償也較為困難，因此，市面上針對(duì)32.768KHZ的TCXO很少，且價(jià)格極為昂貴。對(duì)于一般的消費(fèi)類電子行業(yè)，如需工業(yè)級(jí)-40℃~85℃，且溫度頻差控制在±30ppm以內(nèi)，使用普通音叉型32.768KHZ晶體，是無(wú)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(yè)級(jí)溫度頻差控制在±30ppm以內(nèi)將不成問題。下面來(lái)了解一下AT切 32.768KHZ鐘振是如何實(shí)現(xiàn)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(shí)，有兩個(gè)"拐點(diǎn)",即溫漂又會(huì)反方向拐回來(lái)。因此，只要控制好晶片的切角在一定的公差范圍內(nèi)，那么保證兩個(gè)拐點(diǎn)溫漂在-40℃~85℃時(shí)不超過(guò)±30ppm并不是一件難事。然而，AT切晶體只針對(duì)MHZ頻率的晶體，如何轉(zhuǎn)換成32.768KHZ頻率?鐘振32.768KHZ通過(guò)分頻方式，便可以實(shí)現(xiàn)。如采用AT切16.777216MHZ晶體，通過(guò)512分頻，那么就可以得到想要的32.768KHZ頻率。鐘振實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的分頻并不困難，都集成在振蕩IC內(nèi)部。因此，使用AT切MHZ 分頻實(shí)現(xiàn)的32.768KHZ鐘振，在頻率溫度特性上，有很大的改良，在沒有進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，-40℃~85℃條件下，溫度頻差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以實(shí)現(xiàn)的。MHZ的貼片晶振頻率就更容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),關(guān)鍵是可以減少繁瑣晶體負(fù)載匹配過(guò)程，溫補(bǔ)晶振正好可以彌補(bǔ)這一點(diǎn)，而且還能提高產(chǎn)品的穩(wěn)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(yīng)"和極高的品質(zhì)因數(shù)，被應(yīng)用于各種振蕩電路，其頻率穩(wěn)定度一般可以達(dá)到10-6~10-8數(shù)量級(jí)，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(gè)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(fù)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(guān)。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(fù)載，也正因此原因，客戶在使用晶體諧振器時(shí)，容易出現(xiàn)因負(fù)載不匹配造成的頻率漂移現(xiàn)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(yuǎn)，溫漂也隨之變大，-10℃~60℃其溫漂達(dá)到將近50ppm,如按工業(yè)級(jí)-40℃~85℃計(jì)算，溫漂高達(dá)151ppm,難以適應(yīng)工業(yè)級(jí)工作溫度范圍的電子產(chǎn)品，對(duì)其進(jìn)行溫度補(bǔ)償也較為困難，因此，市面上針對(duì)32.768KHZ的TCXO很少，且價(jià)格極為昂貴。對(duì)于一般的消費(fèi)類電子行業(yè)，如需工業(yè)級(jí)-40℃~85℃，且溫度頻差控制在±30ppm以內(nèi)，使用普通音叉型32.768KHZ晶體，是無(wú)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(yè)級(jí)溫度頻差控制在±30ppm以內(nèi)將不成問題。下面來(lái)了解一下AT切 32.768KHZ鐘振是如何實(shí)現(xiàn)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(shí)，有兩個(gè)"拐點(diǎn)",即溫漂又會(huì)反方向拐回來(lái)。因此，只要控制好晶片的切角在一定的公差范圍內(nèi)，那么保證兩個(gè)拐點(diǎn)溫漂在-40℃~85℃時(shí)不超過(guò)±30ppm并不是一件難事。然而，AT切晶體只針對(duì)MHZ頻率的晶體，如何轉(zhuǎn)換成32.768KHZ頻率?鐘振32.768KHZ通過(guò)分頻方式，便可以實(shí)現(xiàn)。如采用AT切16.777216MHZ晶體，通過(guò)512分頻，那么就可以得到想要的32.768KHZ頻率。鐘振實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的分頻并不困難，都集成在振蕩IC內(nèi)部。因此，使用AT切MHZ 分頻實(shí)現(xiàn)的32.768KHZ鐘振，在頻率溫度特性上，有很大的改良，在沒有進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，-40℃~85℃條件下，溫度頻差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以實(shí)現(xiàn)的。MHZ的貼片晶振頻率就更容易實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),關(guān)鍵是可以減少繁瑣晶體負(fù)載匹配過(guò)程，溫補(bǔ)晶振正好可以彌補(bǔ)這一點(diǎn)，而且還能提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
作者—康比電子
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