标签: 晶振精度

很多应用场景要求 精确的时间测量 和 频率控制 。原子钟和晶振是两种常见的计时设备。今天凯擎小妹聊一下它们的原理，及晶振的优势。 1. 原子钟 原子钟基于原子能级跃迁的原理工作。最常见的类型是铯原子钟，它利用铯-133原子的超精细能级跃迁来产生极其稳定的频率。原子钟的精度远高于晶振，通常达到10^-13秒/天，适用于需要极高时间精度的科学研究和导航系统。由于复杂的结构和高昂的制造成本，原子钟主要用于高端应用，如卫星导航、科学研究和国家时间标准。 2. 晶振 晶振利用石英晶体的压电效应。当施加电压时，石英晶体会发生机械振动。这种振动频率非常稳定，广泛用于电子设备中的时钟信号生成、频率稳定和时间基准。常见的晶振精度为0.5ppm, 1ppm, 5ppm, 10ppm, 20ppm, 30ppm等等。其中OCXO精度最高，最少可达到3ppb = 0.003ppm。 晶振的精度虽然不如原子钟，但可以满足大多数消费电子产品、通信设备和计算机系统的应用。 3. 晶振的优势 虽然原子钟的精度远高于晶振，在正常工作温度范围内，晶振的 频率稳定性 非常好。通过温度补偿TCXO或微机电系统MEMS技术，晶振的性能可以进一步提升，满足更高要求的应用。晶振的 生产成本 远低于原子钟。晶振通常 体积非常小 ，适合集成到各种电子设备中，尤其是在空间受限的应用场景，如智能手机、平板电脑和可穿戴设备。另外，晶振能够在各种环境条件下保持良好的性能，包括高温、低温、振动和电磁干扰等。

恒温晶振可以在恶劣环境下不受外界温度影响，广泛应用于精密仪器，遥控遥测通信，雷达，电子对抗，导航等。在稳定性和频率精度上，OCXO比时钟振荡器，压控晶振，和温补晶振更有优势。 高品质晶振有以下特点： 1. 高精度 ：频率的变化量经常用ppm/ppb表示晶体频率会偏离标称频率多少。值越小精度越高。晶振的频率误差是晶振重要参数之一。《高精度晶振的含义及应用》 2. 高稳定度 ：即使在不同温度、电压和负载条件下，高品质晶振的输出频率也能保持非常稳定，确保系统的稳定运行。 3. 高可靠性: 晶振的高可靠性是指其在长时间运行中能够保持稳定性能，不会因为环境变化或其他因素而出现故障或性能下降的特性。晶振的可靠性测试如下：冷热冲击试验、耐焊接热试验、跌落试验、振动试验、高低温储存试验、温度循环试验。 4. 工作温度范围宽： 晶振的工作范围分为以下几种。宽温晶振可以在极端温度下保持稳定的性能。 5. 低温度漂移 ：当石英晶体材料做成频率器件后会有温漂。温度漂移又称温度系数，以ppm/℃来表示。用来描述晶体频率精度随着温度的变化而变化的物理量，和频率温度曲线和石英晶片的切型(AT切,SC切,音叉)和切角有关。 温补晶振利用附件的温度补偿电路以减少环境温度对振荡频率的影响。 恒温晶振对温度稳定性的解决方案采用了恒温槽技术，将晶体置于恒温槽内，通过设置恒温工作点，使槽体保持恒温状态，在一定范围内不受外界温度影响，达到稳定输出频率的效果。 6. 低相位噪声 ：相位噪声通常定义为一个振荡器在某一偏移频率fm处1Hz宽带内的单边信号功率和信号的总功率比值，单位是dBc/Hz.通常表示为dBc/Hz@fm。低噪声KOAN晶振在精密电子仪器，无线电定位，高速目标跟踪和宇航通信等领域十分重要。

热敏晶振 热敏晶振是带有温度传感功能的石英晶振。普通 贴片晶振 的基础上增加了一颗热敏电阻和变容二极管，利用变容二极管的容变功能并结合热敏的传感功能而形成。 这种方法成本低，电路简单，适合在常用消费类电子产品中使用。热敏晶振的精度为±10ppm，不能代替温补晶振。 温补晶振 温补晶振在温度频率稳定度方面有更大的优势。TCXO主要利用附件的温度补偿电路减少环境温度对振荡频率的影响。其精度偏差比热敏晶振更小，为±0.5ppm。 数字补偿的温补晶振利用补偿电路的温度和电压变化，再加A/D变换器，将模拟量转换为数字量，从而实现自动温度补偿。这种方法成本高，电路复杂，适用于高精度的应用。 手机导航应用中的对比：热敏vs温补 较低端且无GPS接收功能的手机一般采用热敏晶振。在导航过程中要完全依赖于移动终端的数据流量来导航，导航精度偏差高达100~500米。 相比较，中高端自带GPS信号接收功能的手机，配合使用温补晶振，导航精度可达到±5米。 KOAN温补晶振的选择 温补晶振TCXO的波形输出包括CMOS, LVDS, HCSL,削峰正弦波。更多：《 单端输出和差分输出波形 》 在-40~+85℃的工作范围中，TCXO的温度频差可以达到±1.0ppm。更多 ：《 晶振频差不一样，可以替换吗？ 》 KT3225为32.768KHz低功耗特性，工作电流可达到：0.79μA @1.8V； 1.05μA @2.5V；1.25μA @3.0V；1.37μA @3.3V；2.05μA @5V。 往期精彩 温补晶振 采购时需要考虑的参数为: 频率，电压，是否需要电压调整，以及温度频差和温度范围，更多：《 温补晶振规格书参数解读 》； 削峰正弦波输出的TCXO具有低功耗，更好的老化率和频率稳定性，以及相位噪声优于CMOS输出，更多：《 削峰正弦波温补晶振 》； 电压变化调整初始精度称为压控温补晶振，更多：《 压控温补晶振KVT系列 》。

频率稳定性表示晶振的输出频率因温度变化、频率老化、电压变化、输出负载变化等外部条件而发生的变化。 我们常说的总频差就是这些工作和非工作参数全部结合起来而引起晶振频率和给定标称频率的最大偏差。 调整频差 25℃基准温度下，工作频率相对于标称频率所允许的偏差。石英晶体谐振器的规格书中，我们常看到调整频差用±30ppm max来表示，而实际的产品误差值会更小。 温度频差 在标称电源和负载下，工作在规定温度范围内的最大允许频偏。低的ppm值意味着在给定的温度范围内，晶振输出频率更稳定。 晶振内部都有晶 片，而晶片在制造过 程中以不同角度的切割方式来产生不同的温度特性。 老化率 频率随着时间的定向漂移。时钟振荡器的年老化率通常为3~5ppm。晶振厂家根据不同产品属性来设置不同的老化温度和时间。对晶片进行加速老化，使得晶片趋近于稳定精度来提高产品的稳定性。 电压变化 供电电压变化带来的频率偏差。晶振需要配合使用稳压电源，电压变化会带动电阻变化。输出电压需要保持在电源的额定值。 负载变化 负载在额定条件下变化带来的频率偏差。晶体谐振器必须与变化的负载匹配。如果晶体两端的等效电容和标称负载电容存在差异，晶体输出的频率将会和标称工作频率产生偏差。 KOAN晶振 我们会根据特定频率的温度特性规律，结合客户实际应用的温度范围，进行晶片切割误差的精选和推荐。以最大限度减少晶振在极端温度下的总频差。 凯擎小妹希望您在采购的时候，尽量预判产品的使用环境给我们作为参考。

石英晶体利用压电效应在电路中用作时间或者频率基准源。其不仅为集成电路提供稳定的时钟信号，也为无线电发射器和接收器提供稳定的频率。今天凯擎小妹聊聊周期和频率的关系，以及频率稳定度。 01 频率和周期 周期(T)是每个波形的秒数或者是每次振动的秒数。频率(f)每秒发生的振荡周期数，Hz为单位测量，表示一秒中有多少个周期。 周期和频率成反比：f=1/T 时钟周期(振荡周期)为时钟频率的倒数：时钟周期=1/晶片频率。时钟信号频率越高，CPU的运行速度也就越快。 12MHz时钟周期: 1/12微秒； 24MHz时钟周期: 1/24微秒 单片机中的晶振提供时钟周期，以便执行代码。单片机访问一次储存器ROM的时间为一个机器周期：1个机器周期=12个时钟周期。 以12MHz为例： 时钟周期=1/12us; 机器的周期=12x(1/12)us=1us 02 频率稳定度 频率的变化量经常用ppm/ppb表示晶体频率会偏离标称频率多少。值越小精度越高。晶振的频率误差是晶振重要参数之一。 频率稳定度通常分为长期和短期两种，是用来衡量振荡频率保持不变的能力。以下几点会影响频率稳定度：老化，温度，电压变化，激励电平，负载电容…