浅谈石英晶振的温漂

2019-09-17

  石英晶振是目前被广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡电路中的频率器件,其主要原因石英晶体振荡器是一种高精度和高稳定度的振荡器,为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信号。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。

  钟振之所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,避免了因负载不匹配造成的频率漂移,提高了振荡电路的精度。

  另外,石英晶体还有一个重要的特性——温漂。所有的石英晶体材料做成的频率器件,均有一定的温漂。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。温补钟振(TCXO),恒温钟振(OCXO),都是针对晶体的频率温度特性做相应的补偿,频率精度TCXO小于±2.5ppm,OCXO小于±10ppb(1ppb=10-3ppm),甚至更高。温度补偿,成为弥补石英晶体温漂的重要手段。然而,市面上针对KHZ级别的温补钟振少之又少,其原因,我可以从晶体的切型方面分析。

  石英晶片的切型大致可以分为AT切、BT切、CT切、DT切等,不同的切型,所对应的频率温度曲线不一样,可以采用AT切32.768KHZ钟振来解决难题。

  音叉32.768KHZ晶体频率温度曲线为二次抛物线,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。

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