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如何控制溫度成為晶振使用中的頭號問題

來源：http://m.mxsir.cn 作者：康華爾 2018年07月19

目前在電子產(chǎn)品日新月異的今天，成本問題肯定是生產(chǎn)商考慮的重要因素，同樣對晶振的運(yùn)用也會考慮到成本因素，因此工程師在設(shè)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(yùn)用到電路中;只有在一些高端產(chǎn)品如工控類、高速通信類產(chǎn)品才比較青睞使用有源晶振，因此就產(chǎn)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(biāo)，還與振蕩電路的設(shè)計匹配關(guān)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(diào)試后，提供給用戶，避免了客戶端因晶體負(fù)載匹配不當(dāng)，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(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，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(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，客戶在使用石英晶體諧振器時，容易出現(xiàn)因負(fù)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(nèi)部使用了專業(yè)振蕩IC,已經(jīng)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(jìn)行微調(diào)，從而使振蕩電路輸出想要的目標(biāo)頻率，避免了因負(fù)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(bǔ)晶振(TCXO)，恒溫晶振(OCXO)，都是針對晶體的頻率溫度特性做相應(yīng)的補(bǔ)償，頻率精度TCXO小于±2.5ppm,OCXO小于±10ppb(1ppb=10-3ppm)，甚至更高。溫度補(bǔ)償，成為彌補(bǔ)石英晶體溫漂的重要手段。然而，市面上針對KHZ級別的溫補(bǔ)鐘振少之又少，其原因，我可以從晶體的切型方面分析。

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此文關(guān)鍵字：有源晶振，無源晶振，石英晶體諧振

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