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影响石英晶振频率稳定性的五大要素

来源:华强电子网 作者:NV 浏览:597

标签: 石英晶振

摘要: 对于石英晶体振荡器而言,有许多要素影响到系统的频率稳定性,如:老化、噪声、温度、保持电路、可保持性、磁场、湿度、电源电压与轰动。下面介绍影响石英晶振频率稳定性的四大要素:

石英晶振就是用石英材料做成的石英晶体谐振器,俗称晶振。起产生频率的作用,具有稳定,抗干扰性能良好的,广泛应用于各种电子产品中。

 

石英晶体振荡器是目前精确度和稳定度最高的振荡器。石英晶体振荡器是由品质因素极高的谐振器(石英晶体振子)和振荡电路组成。晶体的品质、切割取向、晶体振子结构及电路形式等因素共同决定了振荡器的性能。

 

频率稳定性是衡量振荡器的输出频率在工作过程中由于温度变化而可能发生的变化。如果频率漂移超出了应用程序的预期,定时误差可能会出现。频率稳定性以百万分之一或ppm表示,相对于特定温度范围内的标称频率。

 

石英晶振


对于石英晶体振荡器而言,有许多要素影响到系统的频率稳定性,如:老化、噪声、温度、保持电路、可保持性、磁场、湿度、电源电压与轰动。下面介绍影响石英晶振频率稳定性的五大要素:

 

    不稳定要素-时刻

 

老化与短期是时刻影响频率不稳定性的首要要素。老化是由于振荡器内部变化形成的频率的长期系统性变化。虽然老化影响频率范围只有几PPM,但对于DTV或机顶盒这类需精确频率系统的产品来说特别重要。而短期的不稳定性本质上具有随机性,往往能够定义为噪声。影响老化的要素有很多,如:质量搬运、晶体受到的应力、热膨胀、装置受力、键合单元、晶振的驱动电平以及DC偏置等都会影响到晶振的使用期限。

 

②不稳定要素-温度

 

不同产品的诉求,对温度的诉求不一样。一般,石英晶体振荡器的温度分为民、企、工、航天等级别,温度范围在-40℃~+150℃,但是随着升至极端温度,额定频率的变化开始增大,有可能达到几十ppm.计算等应用能够承受这一点,但是对于导航、雷达、无线电通信、卫星通信等对准确度与精度要求极高的应用来说,则无法接受这种巨大变化。因此,此类应用需求在系统中增加额外的补偿元件

 

③不稳定要素-可调谐性

 

对于频率范围要求不高或较宽的频率范围内可调谐性会导致不稳定性。为了完成可调谐性,需求采用滤波器消除多余的频率形式。但是这样会影响到可协调性很难完成更高的频率稳定性,因为负载电抗会受到滤波器中使用的变抗器的杂散电容与电感的影响。

 

④不稳定要素-保持电路

 

当在晶振中增加外部负载电容器时,电容器与杂散电容的容差会导致实际负载电容违背所需值。负载电容的这种变化也会形成频率改变。

 

⑤激励电平的变化

 

研究表明,激励电平对晶体振荡器谐振频率有明显的影响;激励电流的过大或者过小,都将影响石英晶体的老化性能和谐振频率的长期或者短期稳定度,从而激励电平的是否稳定直接影响到石英晶体谐振器的频率稳定度。

 

除此以外,负载的变化、电源电压的波动以及核辐射等也都会导致石英晶体谐振器的谐振频率发生变动。当石英晶体谐振器用于某些精度要求特别高的场合时,这些因素给谐振器谐振频率造成的影响也是不可忽视的。


型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67