标签: 温补晶振

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。

我司深圳市晶科鑫实业有限公司今天主要是想给大家讲解一下TCXO温补晶振的一些基础知识和一些重要的性能参数，给大家在选购TCXO温度补偿晶体振荡器时有一个简单的了解！ TCXO英文全称Temperature Compensated Crystal Oscillator温度补偿晶体振荡器，TCXO温补晶振，大部分TCXO温补晶振周围是没有外壳，所以不能防止环境温度影响频率。而TCXO内部结构图，则取而代之的是，TCXO包含一个补偿网络(热敏电阻)，该网络能够感测环境温度的变化，并调整施加在晶体上的电压，使其与这些变化完全相反。以这种方式校正电压可以抵消周围空气温度变化的影响，并保持频率稳定。 标准TCXO温补晶振内部结构图 标准的TCXO温补晶振产品具有相当多的性能参数。一些最常见的性能数据总结如下： TCXO温补晶振ppm精度性能：TCXO的温度性能优于普通晶体振荡器。普通晶体振荡器的频率稳定性，常温为±10ppm或更大，温度频率精度为±20ppm乃至更大，而TCXO温补晶振常温25°C时为±1.5ppm乃至更小，而温度稳定性可以从±0.1ppm~±2.0ppm，精度可以看到好到10到40倍的改善。 功耗：鉴于需要额外的电路，TCXO的功耗将大于普通振荡器。此外，成本也更高。还应记住的是，TCXO温补晶振在启动后需要一小段时间才能稳定下来。这个时间可能是100ms，也可能更长，取决于设计。 TCXO可以根据其设计方式和最终用户的要求提供各种封装。最常见的结构形式是在小型印刷电路板上构建电路，该电路板可安装在板状金属封装中。这样就可以安装到整个设备的主电路板上。由于晶体本身是密封的，这意味着整个 TCXO 封装的密封性并不重要，甚至在大多数应用中都不需要密封。 TCXO封装：TCXO可以根据其设计方式和最终用户的要求以各种封装形式提供。目前最常见的结构方式也是像普通晶体振荡器一样的贴片封装和插件封装，比较特殊点的结构形式是在小型印刷电路板上构建电路，该电路板可以装在电镀金属封装中。然后，这适用于安装到整个设备的主电路板上。由于晶体本身是密封的，这意味着整个TCXO封装的密封并不重要，甚至大多数应用都不需要密封。目前TCXO温补晶振产品贴片封装系列最小尺寸可以做到SMD1612(1.6×1.2)，比较常规的尺寸有SMD1612(1.6×1.2)、SMD2016(2.0×1.6)、SMD2520(2.5×2.0)、SMD33225(3.2×2.5)、SMD5032(5.0×3.2)、SMD7050(7.0×5.0)、SMD1409(14.0×9.0)等，插件封装主要有全尺寸DIP14(20×12)这个系列。 输出信号：TCXO温补晶振我们常见的输出信号有削峰正弦波和CMOS较多，有少部分输出信号有LVDS、LVPECL、HCSL、CML等差分信号输出。但是较多的还是削峰正弦波，相对CMOS输出信号，优点有非谐波抑制、电磁干扰减少、温度稳定性好、相位噪声好、低功率、频率稳定性好等优点。如果需要正弦波输出，则必须在一开始就选择正弦波输出，但这就将限制可供选择的范围。 图为削峰正弦波输出波形(在正弦波的波峰上削峰,其波形更接近于方波CMOS) 电源要求：实际功率要求取决于设备。但市场上主流的供电电压采用3.3V的供电，功耗可能最低至2.0 mA，如果使用1.8V的电源供电，功耗可做到更低，削峰正弦波的功耗要比CMOS的功耗要低，差分信号输出则功耗更高。

TCXO频率精度和温度特性远高于普通振荡器，低于恒温晶振。但不需预热且功耗低，从而在野外作业，移动设备，通讯导航设备中广泛应用。 温补晶振TCXO的波形输出包括CMOS, LVDS, HCSL,削峰正弦波。 KT_CS 削峰正弦波是常见的输出波形，今天凯擎小妹聊一下温补晶振(KT)中削峰正弦波(CS)这类晶振。在正弦波的波峰上削峰，更接近于方波。 这样的波形有以下优势： 1. 非谐波抑制： 通过削峰技术有效减小非谐波频率的振幅，降低了相位噪声水平，提高了信号质量。 2. 电磁干扰减少： 降低了谐波成分，有助于减小电磁干扰，使其在对EMI要求较高的应用中具备优势。 3. 温度稳定性好： 在温度变化下仍能保持稳定的振幅特性，通过温补技术提高了频率在不同温度条件下的稳定性。 4. 相位噪声改善： 相对于完整正弦波，削峰正弦波的输出在相位噪声方面表现更好，适用于对相位稳定性有严格要求的应用。 5. 低功耗： 削峰正弦波输出通常导致比生成完整正弦波更低的功耗。这对于对功耗有严格要求的应用非常重要，比如在电池供电的设备中或具有严格功耗限制的应用中。 6. 频率稳定好： 削峰正弦波TCXO的设计允许更好地控制和稳定输出频率，确保振荡器的性能符合所需的规格。 温度补偿电路 温补晶振TCXO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。温度补偿分为直接补偿和间接补偿(模拟或数字)。 1. 直接补偿： 由热敏电阻和阻容元件组成的温度补偿电路。在温度有所变化时，热敏电阻的阻值和晶体等效串联电容的容值相应变化而减少振荡频率的温度漂移。这种方法成本低，电路简单；然而并不适合小于1ppm精度的应用。 2. 模拟补偿： 利用热敏电阻等温度传感元件组成。这种方式可以实现0.5ppm的精度。 3. 数字补偿： 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。 koan温补晶振 1. 其它波形：温补晶振除了削峰正弦波，还有CMOS, LVDS, HCSL等选择。 2. 32.768kHZ低功耗：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。 3. 温度频差±1.0ppm：在-40~+85℃的工作范围中，TCXO的温度频差可以达到±1.0ppm

实时时钟(RTC: Real-Time Clock)是集成电路，通常称为时钟芯片。目前实时时钟芯片大多采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源。 RTC的应用 集成电路上的RTC通过计算振荡器的周期来跟踪时间。生活中，智能手机上的时钟是使用外部信号来保持标准化时间。如果智能手机失去与外部信号的连接，RTC会计算振荡器周期。 实时时钟是以输入频率做基础，再依此作分频、倍频、PLL等等，产生出处理器与主板各部分所需的频率。为了确保时钟长期的准确性，晶振必须正常工作，不能够受到干扰。RTC晶振分为：外部晶振，内置晶振。 晶振频率 RTC时间是以振荡频率来计算的。它不是一个时间器，而是一个计数器。32.768kHz产生的振荡信号可以通过分频器进行15次分频后可以得到1Hz的秒信号。RTC通过32.768kHz的晶振中获取1Hz的时钟信号来确定时间和日期。 32.768K=32768=2^15 音叉晶振的温度特性曲线是负二次方程曲线。呈现出以理想室温+25°C为中心的向下抛物线，温度走低或走高都会使频率稳定度变差。所以需要考虑使用环境温度和精度。 频率温度稳定性: - 音叉晶体 = -0.035ppm x (T-25)^2 - 贴片晶体 = -0.04ppm x (T-25)^2 时钟误差 RTC的误差来源于晶振的频率误差。石英晶体是一种物理材料。这意味着它容易受到老化和温度变化的影响，从而影响整个RTC模块的精度。在25℃的室温下，调整频差一般为±20ppm。一天快或慢1.7秒，每年误差为10.34分钟。 温补晶振 (TCXO; KT系列)利用压电晶体的物理特性，通过温度补偿电路减少环境温度对振荡频率的影响，从而提高频率稳定性,有两款32.768kHz频率的规格可供选择：KT3225, KT7050：

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 》。