晶振低温不起振的原因是什么？

答：晶振在低温环境下不起振是一个常见的可靠性问题，主要原因涉及石英晶体谐振器及外围电路的物理特性变化。关于晶振低温不起振的原因，晶诺威科技进一步分析如下：

 一、石英晶体本身的温度特性

1、频率-温度曲线

AT切石英晶体的谐振频率随温度变化呈三次函数曲线（通常AT切石英晶体为抛物线型）。在低温下，晶体频率会偏离标称值，若超出振荡电路捕获范围，会导致停振。

2、等效参数变化

低温下晶体内部机械损耗增加，导致等效串联电阻ESR显著上升（可能升至常温的2倍以上），电路提供的增益可能无法满足起振条件（增益裕量不足）。

3、负载电容匹配失衡

低温下晶体并联电容（C0）和动态电容（C1）变化，影响与外部负载电容（CL）的匹配，导致频率偏移或无法起振。

二、振荡电路的设计局限

1、负电阻（NegativeResistance）不足

振荡电路需提供足够的负电阻以克服晶体ESR和电路损耗。低温下ESR增大，若电路设计余量不足（通常要求负电阻≥5倍ESR），则无法维持振荡。

2、放大器性能变化

芯片内部振荡器（如CMOS反相器）在低温下跨导（gm）下降、延迟增加，导致环路增益降低。

3、负载电容漂移

外部匹配电容（CL1、CL2）的容值随温度变化（如MLCC电容在低温下容值可能下降20%以上），进一步恶化频率匹配条件。

三、 启动时间延长与功耗问题

1、起振电压阈值升高

低温下晶体需要更高的激励功率才能起振，若电路驱动能力不足，可能导致启动时间显著延长（甚至无法启动）。

2、电源电压影响

低温下某些电源芯片输出电压可能略有上升，但芯片内部振荡器的工作点可能偏移，反而降低稳定性。

四、 材料与工艺缺陷

1、晶体封装应力

温度急剧变化时，晶体封装（金属壳或陶瓷）与石英片的热膨胀系数不匹配，产生机械应力，改变谐振特性。

2、电极沉积问题

低温下电极材料（如银）导电性下降，加剧ESR上升。

3、焊点可靠性

极端低温可能导致焊点微裂纹，增加接触电阻。

建议解决方案与改进措施

1、选用宽温晶振：

选择工作温度范围更广的晶体（如-40°C至+125°C工业级），并关注低温ESR参数。

2、优化振荡电路

-增加负电阻余量：减小外部负载电容（需兼顾频率精度）、选择低功耗驱动模式的MCU（避免增益过低）。

-调整反馈电阻（Rf：如1MΩ~10MΩ）和限流电阻（Rs：适当下调）。

其它：

1、电容选择

使用温度稳定性好的电容（如COG/NP0材质），避免使用容值漂移较大的电容。

2、PCB布局与屏蔽

晶体走线尽量短，远离高频干扰源，必要时增加地线隔离。

3、软件辅助启动

MCU在低温下可先提高内部振荡器驱动强度，待晶体起振后再切回正常模式。

4、预热设计：

对温度敏感设备，可通过小电流预热晶体或局部电路，确保低温快速启动。

5、测试验证：

进行高低温循环测试（-40°C至+85°C），测量起振时间、频率偏差及波形稳定性。