标签: 晶振老化

电子设备中，晶体振荡器是提供稳定时钟信号的关键组件。随着对频率稳定性要求的提高， 普通晶振 在某些场景下已经无法满足需求，因此 高稳定性晶体振荡器(简称：高稳晶振) 应运而生。如果您需要更高精度的时钟信号，建议您考虑使用高稳晶振，确保设备在复杂环境下依然能保持稳定可靠的运行。晶体能够利用压电效应在外加电场作用下产生稳定的振荡信号。由于石英材料具有极高的 品质因数Q值 ，晶振能够提供精准的频率输出。根据不同的需求，晶振可以分为 无源晶振和有源晶振 ： 无源晶振：本身不含振荡电路，需要与MCU或外部振荡电路配合使用。 有源晶振：内部集成了振荡电路，直接输出稳定的时钟信号，无需额外电路支持。 随着电子设备对高精度时钟的需求不断增加， 高稳晶振 成为重要的升级选择。常见的高稳晶振有 温补晶振TCXO 和 恒温晶振OCXO ，在不同的应用场景下表现出更高的频率稳定性。 普通晶振 高稳晶振 频率稳定 受温度、电压、老化影响较大，通常在±10ppm~±100ppm TCXO具有温度补偿，可达 ±0.5ppm；OCXO具备恒温控制，可达±0.001ppm 温度 随温度变化较大， 频率漂移 明显 TCXO通过电路补偿温度影响；OCXO采用恒温腔，极大降低漂移 老化 长期使用频率漂移较大，每年可能漂移±3ppm以上 TCXO每年漂移 ±1ppm；OCXO可低至±0.02ppm 功耗 低功耗，通常在毫瓦级 TCXO功耗略高；OCXO由于恒温控制，功耗可达百毫瓦到瓦级 成本 低成本，适用于大规模量产 TCXO成本较高，OCXO最高，适用于高端应用 应用 计算机、家电、一般通信设备 TCXO应用在GPS、无线通信；OCXO应用在高精度测量、卫星通信 在选择晶振时，需要考虑应用的具体需求： 如果对成本敏感，且频率稳定性要求不高，可以选择普通晶振。 如果环境温度变化较大，但仍需较高的稳定性，建议选择温补晶振。 如果对频率精度和长期稳定性要求极高，恒温晶振是最佳选择。

晶振的启动时间是指晶振通电到进入稳定振荡状态所需的时间。这个时间通常由晶振的内部特性和外部电路决定。今天带大家具体了解一下影响启动时间大小的因素吧！ Q值: 品质因数Q值是衡量晶振性能的一个重要参数，为储存能量与损耗能量的比值。高Q值晶振通常启动时间较短，因为能量更快地在晶体中积累并维持振荡。 负载电容: 负载电容是晶振两端接入的电容器值。负载电容越大，启动时间通常越长。较大的负载电容需要更多的时间来充电，从而延长了晶振达到稳定振荡状态的时间。 驱动功率: 驱动功率是晶振工作时所施加的功率。驱动功率越高，启动时间通常越短。较高的驱动功率可以更快地累积能量，使晶振更快达到稳定的振荡状态。但是，需要注意的是，过高的驱动功率可能会损坏晶体。 老化: 晶振老化通常会导致其起振时间延长。频率漂移、Q值降低和谐振阻抗增加是主要的原因。这些变化会使得电路需要更多的时间和能量来达到稳定的振荡状态。 电路设计: 电路的增益、反馈路径的阻抗和其他元器件的选择等会影响启动时间。

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。

之前我们讲过晶振的动力应力可靠性试验。本期KOAN凯擎小妹将讲解石英晶振温度变化相关的应力可靠性试验的目的，方法，以及对晶振的影响。 可焊性和耐热性测试 试验目的和方法 确定晶振能否经受焊接(烙焊/浸焊/波峰焊/回流焊)过程中所产生的热效应考验。焊料温度260℃+/-5℃,10秒,3次; SMD产品保持30秒1次, 引脚产品锡面离本体1.5mm, SMD产品锡覆盖PAD.(参照GJB 360B.208/210) 对晶振的影响 晶体谐振器:频率降低2ppm左右(5max), 谐振阻抗变化3Ω左右(5max)或10%； 晶体振荡器:频率降低2ppm左右(5max) 温度循环/冷热冲击试验 试验目的和方法 确定晶振在高低温极端温度下，和抗高低温交替冲击的能力。(参照GJB360B.107) 温度循环：低温-40±5℃，高温125±5℃，循环1000次，高低温度保持最长时间30分钟，高低温切换时间最大1分钟，实验结束后24±2小时进行电性能测试. 冷热冲击：低温-55±5℃，高温125±5℃，循环100次，高低温度保持时间5分钟，高低温切换时间5秒。实验结束后24±2小时进行电性能测试。 对晶振的影响 晶体谐振器频率降低2.5ppm左右(5max)，谐振阻抗增大3Ω左右(5max)/±10%。 晶体振荡器频率降低3ppm左右(5max)。 高温高湿条件下绝缘电阻测试 目的和方法 晶振在热带和亚热带高温高湿条件下的耐潮湿能力，以及晶振的绝缘性能在经受高温、潮湿等环境应力时，其绝缘电阻是否符合有关标准规定。试验方式是将晶振放置在温湿度85℃/85%RH，试验时间1000±12小时，实验结束后24±2小时内进行电性能测试。(参照GJB 360B 106/302） 对晶振的影响 晶体谐振器频率降低4ppm左右(5max)，谐振阻抗增大3Ω左右(5max)/±10%； 晶体振荡器频率降低3.5ppm左右(5max)。 高低温存储试验 高低温试验目的和方法 高温试验：晶振在高温条件下工作一段时间后，评定高温对KOAN晶振的电气和机械性能的影响，或者长时间高温存储（不带电）后，评定晶振的质量稳定性。高温存储温度/高温工作温度（带电）125±5℃，时间1000±12小时。(参照GJB 360B.108)。 低温试验：长时间低温存储（不带电）后，评定晶振的质量稳定性，以及检测封装中足以对晶振产生不良影响的残存湿气，即通常的露点测试(参照GJB 548B.1013.1)。低温存储温度-55℃±5℃，存储时间1000±12小时（对通常的露点测试温度-65℃），实验结束后24±4小时进行电性能测试。 对晶振的影响 晶体谐振器频率变化：高温频率降低3.5ppm左右(5max); 低温频率降低2.5ppm左右(5max),谐振阻抗增大3Ω左右(5max)/±10%. 晶体振荡器频率降低：3.5ppm左右(5max). 高温工作寿命和老化试验 高温工作寿命试验 确定晶振在高温条件下工作一段时间后，高温对KOAN晶振的电气和机械性能的影响，用于评定晶振质量稳定性(参照GJB 360B.108).工作温度125±5℃, 时间1000±2小时(带电)。实验结束后24±2小时内测量，每两小时测一次并计算寿命。 晶体谐振器频率降低：高温3.5ppm左右(5max) 晶体振荡器频率降低：3.8ppm左右(5max) 老化试验 通过计算晶振工作寿命大于15年。老化试验温度：105±5℃和85±5℃，每个温度时间：250±12小时，实验结束后24±2小时内进行电性能测试。 晶体谐振器: 1年老化-1ppm左右(2max) 晶体振荡器: 1年老化-1.5ppm左右(3max)