晶振匹配和溫度漂移,要怎么解決？
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目前在電子產(chǎn)品日新月異的今天，成本問(wèn)題肯定是生產(chǎn)商考慮的重要因素，同樣對晶振的運用也會(huì )考慮到成本因素，那有啥好的辦法來(lái)幫忙解決令人頭疼的晶振匹配和溫度漂移呢？
目前在電子產(chǎn)品日新月異的今天，成本問(wèn)題肯定是生產(chǎn)商考慮的重要因素，同樣對晶振的運用也會(huì )考慮到成本因素，因此工程師在設計電路時(shí)，因有源晶體振蕩器(俗稱(chēng)鐘振)比普通無(wú)源諧振器價(jià)格高出5~10倍，從而更多地選擇使用無(wú)源的晶體運用到電路中;只有在一些高端產(chǎn)品如工控類(lèi)、高速通信類(lèi)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(jiàn)的問(wèn)題。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201710/368805.htm究其原因，無(wú)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(guān)聯(lián)性極大，也常常出現匹配不理想的狀況。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(hù)，避免了客戶(hù)端因晶體負載匹配不當，造成電路頻率漂移的麻煩，下面來(lái)淺談?dòng)性淳д?鐘振)是如何做到避免以上不良的。石英晶體俗稱(chēng)水晶，成分為二氧化硅，具有壓電效應和極高的品質(zhì)因數，被應用于各種振蕩電路，其頻率穩定度一般可以達到10-6~10-8數量級，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(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(zhù)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(zhù)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(xiàn)與石英晶片的切型和切角有關(guān)。從用戶(hù)使用角度講，用戶(hù)沒(méi)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(hù)在使用晶體諧振器時(shí)，容易出現因負載不匹配造成的頻率漂移現象。
鐘振之所具有高精度和高穩定度，原因在于鐘振內部使用了專(zhuān)業(yè)振蕩IC,已經(jīng)在未對鐘振封裝前，通過(guò)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，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(gè)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。溫補鐘振(TCXO)，恒溫鐘振(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。
石英晶片的切型大致可以分為AT切、BT切、CT切、DT切等，不同的切型，所對應的頻率溫度曲線(xiàn)不一樣。下面兩幅圖的分別為音叉32.768KHZ晶體和AT切MHZ晶體的頻率溫度曲線(xiàn)。
音叉32.768KHZ晶體頻率溫度曲線(xiàn)為二次拋物線(xiàn)，隨著(zhù)工作溫度偏離常溫25℃越遠，溫漂也隨之變大，-10℃~60℃其溫漂達到將近50ppm,如按工業(yè)級-40℃~85℃計算，溫漂高達151ppm,難以適應工業(yè)級工作溫度范圍的電子產(chǎn)品，對其進(jìn)行溫度補償也較為困難，因此，市面上針對32.768KHZ的TCXO很少，且價(jià)格極為昂貴。對于一般的消費類(lèi)電子行業(yè)，如需工業(yè)級-40℃~85℃，且溫度頻差控制在±30ppm以?xún)?，使用普通音叉?2.768KHZ晶體，是無(wú)法滿(mǎn)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)級溫度頻差控制在±30ppm以?xún)葘⒉怀蓡?wèn)題。下面來(lái)了解一下AT切 32.768KHZ鐘振是如何實(shí)現的。
AT切晶體頻率溫度曲線(xiàn)為三次曲線(xiàn)，呈躺著(zhù)的S型曲線(xiàn)，隨著(zhù)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，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MHZ頻率的晶體，如何轉換成32.768KHZ頻率?鐘振32.768KHZ通過(guò)分頻方式，便可以實(shí)現。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)現對頻率的分頻并不困難，都集成在振蕩IC內部。因此，使用AT切MHZ 分頻實(shí)現的32.768KHZ鐘振，在頻率溫度特性上，有很大的改良，在沒(méi)有進(jìn)行溫度補償的時(shí)候，-40℃~85℃條件下，溫度頻差保持在±30ppm甚至±20ppm都是可以實(shí)現的。以上提到鐘振的高精度和高穩定性，關(guān)鍵在于鐘振減少繁瑣的晶體負載匹配過(guò)程，且使用了專(zhuān)業(yè)的振蕩IC,提高了產(chǎn)品的穩定性。32.768KHZ 鐘振，采用AT切MHZ晶片通過(guò)分頻方式，大大改良了產(chǎn)品的溫度頻差特性。然而，不得不指出，采用MHZ分頻做出的32.768KHZ在功耗上面會(huì )略比使用KHZ最為振蕩源的功耗會(huì )略大，一般工作輸入電流0.5mA (3V)，靜態(tài)消耗電流10uA,功耗從實(shí)際測試上看，還是比較小的。因此，對32.768KHZ頻率有特定的溫度頻差要求的產(chǎn)品，不妨可以考慮一下鐘振32.768KHZ。
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