温度高晶振ppm值变大还是变小?

晶振知识

温度高晶振ppm值变大还是变小?

答:在绝大多数常规工作温度范围内,温度升高通常会导致晶振的频率偏差(以ppm表示)的绝对值变大,也就是频率稳定性变差。

晶诺威科技详解如下:

核心概念:

频率-温度特性曲线

晶振的频率随温度变化不是线性的,而是一条类似三次曲线(对于AT切型石英晶体)的曲线。这条曲线是晶振设计的核心。如下图所示:

测试温度区间:-40℃~+85℃

曲线一:频率ppm随温度变化而产生的测试数据

曲线二:电阻OHMS随温度变化而产生的测试数据

温度高晶振ppm值变大还是变小?

1. 拐点温度:

晶振有一个设计好的“拐点温度”(通常为+25°C或室温附近)。

在拐点温度上,频率偏差为0 ppm,稳定性最好。温度从拐点向两边(更高或更低)变化时,频率偏差(ppm值)的绝对值都会增大。

2. 曲线的形状:

低温段:

温度低于拐点时,频率随温度升高而升高(正频率斜率,+ppm)。

拐点附近:

频率变化率最小,稳定性最高。

高温段:

温度高于拐点时,频率随温度升高而下降(负频率斜率,-ppm)。

从“频率偏差的绝对值”来看:

当温度升高并超过拐点温度后,温度越高,频率偏离标称值越多,ppm的绝对值(无论是正是负)会变大,即稳定性变差。

从“频率偏差的正负值(符号)”来看:

  • 如果工作在拐点以下的低温段,升温会使频率升高,ppm值向正方向变大(例如从+5ppm变为+10ppm)。
  • 如果工作在拐点以上的高温段,升温会使频率降低,ppm值向负方向变小(例如从-5ppm变为-10ppm,但“-10ppm”比“-5ppm”的偏差更大)。

简而言之,在拐点温度以上,温度升高会导致晶振的频率偏差(以ppm的绝对值衡量)显著变大,稳定性下降。 在讨论时,明确是谈“偏差的绝对值”还是“带符号的ppm值”非常重要。

补充说明

1. 恒温晶振(OCXO):为了解决温漂问题,高端晶振将晶体置于恒温槽内,使其始终工作在拐点温度,从而获得极高的稳定性(如±0.1ppm)。这时外部温度变化对ppm的影响极小。

2. 温度补偿晶振(TCXO):通过电路检测温度,并产生一个反向的电压来补偿频率漂移,使频率-温度曲线变得平坦,从而在宽温范围内保持较好的稳定性(如±1ppm)。

3. 普通晶振(SPXO):没有温度补偿措施,其频率完全遵循上述的三次曲线变化,因此温漂最大(可能达到±20ppm ~ ±100ppm)。

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