到底是哪些因素影响了晶振频率精度?

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?

(有源晶振OSC3225晶振电气参数)

 

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?

(无源晶振SMD3225电气参数)

关于影响晶振频率精度的原因,归纳五点如下:

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?调整频差(Frequency Tolerance)

在(△F)(at 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±10ppm~±30ppm表示。

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?温度频差(Frequency Drift)

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。

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?负载变化(Load Capacitance)

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。

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?电源电压(Supply Voltage)

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。

到底是哪些因素影响了晶振频率精度?老化率(Aging)

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。

关于晶振频率稳定性(Frequency Stability)的概念

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。

拓展阅读:关于晶振频率准确度和频率稳定度的区分

频率准确度

频率准确度是指晶振的实际输出频率与其标称频率之间的偏差。通常用ppm(百万分之一)来表示,数值越小,表示晶振的实际频率越接近理想值。例如,一个标称为12MHz的晶振,如果其频率准确度为10ppm,那么它的实际频率偏差就是120Hz。

频率准确度受到多种因素的影响,包括制造公差、初始调节误差、温度变化以及电源电压变化等。即使是同一批次的晶振,也可能因为细微的加工误差而表现出不同的频率准确度。

此外,出厂校准时可能存在的微小误差也会影响频率准确度。温度变化对频率准确度的影响尤为显著,尽管在+25℃室温下晶振的准确度较高,但温度的变化会导致频率的偏移。电源电压的波动同样会导致频率的偏移,因此在实际应用中需要特别注意供电电压的稳定性。

频率稳定度

频率稳定度描述的是晶振的频率随时间、温度、电源电压、机械振动等因素变化的程度。它衡量的是在不同环境条件下,晶振频率的漂移情况。

与频率准确度相比,频率稳定度更多地关注的是晶振在长期使用过程中的频率变化情况。

温度是影响频率稳定度的主要因素之一。不同晶振的温度漂移特性各不相同,因此需要在选择晶振时特别关注其温度特性。电源电压的波动同样会影响晶振的频率稳定度,因此稳定的供电对于保持晶振的频率稳定至关重要。此外,晶振的频率还会随时间逐渐变化,这种变化通常以ppm/年来表示,称为晶振的老化。机械振动和冲击也可能导致晶振频率的瞬时漂移,因此在设计电路时需要采取必要的隔离和抗震措施。

选型建议

晶振选型时,需要根据具体的应用需求来权衡频率准确度和频率稳定度。

对于要求精确计时或高精度通信的应用,如通信基站、卫星导航系统等,需要选择频率准确度和频率稳定度都较高的晶振。

对于一些对精度要求相对较低的消费类电子产品,如普通的智能家电,可以适当放宽对频率准确度和频率稳定度的要求。

在使用晶振时,为了确保其频率稳定性,可以采取一系列措施。例如,选择合适的晶振类型,避免晶振直接暴露在较大的温度变化下,采用温度补偿方法来实时监测温度变化并对频率进行补偿控制,保持供电电压的稳定性,以及采取隔离措施来减少机械振动和电磁干扰的影响。

频率准确度和频率稳定度是衡量晶振性能的重要指标。在选购和使用晶振时,需要充分了解这两个概念并根据具体的应用需求来选择合适的晶振类型和采取相应的措施来保持其频率稳定性。通过优化选材、控制温度、稳定供电和隔离外部干扰等措施,可以提高晶振的频率稳定性,从而确保电子设备和系统的正常、稳定、精确运行。

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