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晶振（xtal）屬于精密頻率元件，可提供穩(wěn)定、精確的頻率信號。但由于切片工藝、補(bǔ)償方式和電路結(jié)構(gòu)不同，晶振的頻率特性也個不相同，選型時必須考慮三個重要參數(shù)：頻率精度、頻率穩(wěn)定度和長期穩(wěn)定度。

1. 頻率精度

頻率精度(Frequency Tolerance)即調(diào)整頻差，是晶振在常溫環(huán)境下(+25℃)的輸出頻率fx和中心標(biāo)稱頻率f0之間的偏差。

該參數(shù)受晶片材料和環(huán)境影響較大，一般大小在幾個ppb至±100ppm范圍內(nèi)。常見晶振的頻率精度如下：

xtal晶體諧振器：50ppm

熱敏晶振（thermistor xtal）：±10ppm

VCXO壓控晶振：±20ppm

TCXO溫補(bǔ)晶振：±0.2ppm左右

OCXO恒溫晶振：幾個ppb

例如，泰晶科技的T2520熱敏晶振（xtal）的25°C頻率精度和-30°C ~ +85°C工作溫度范圍的頻率穩(wěn)定度均達(dá)±10ppm，這已經(jīng)達(dá)到了晶振振蕩器（XO）的精度，還可根據(jù)用戶需求定制更高精度的產(chǎn)品。

圖1. 晶振的頻率溫度特性：頻率精度、穩(wěn)定度及老化性能

實(shí)際應(yīng)用中，晶振精度有可能受電壓變動有±1ppm的影響，焊接溫度變化有±5ppm的影響，機(jī)械振動與沖擊有±3PPM的影響，雜散電容有10~20ppm及以上的影響，工作環(huán)境溫度有5~20ppm的影響。因此，選型時需要留10ppm裕量，如需要±30ppm頻率精度時，一般選擇頻率精度為±20PPM的晶振。

2. 頻率穩(wěn)定度

晶振的頻率穩(wěn)定度(Frequency Stability)通常指的是溫度穩(wěn)定度，即溫度頻差，這是衡量晶振的輸出頻率在工作過程中由于溫度變化而可能發(fā)生變化的短期穩(wěn)定性指標(biāo)。如果頻率漂移超出了應(yīng)用程序的預(yù)期，定時誤差可能會出現(xiàn)。

在所有晶振中，OCXO恒溫晶振的頻率穩(wěn)定度最高，可達(dá)到ppb級別（10-9），TCXO溫補(bǔ)晶振的穩(wěn)定度在1ppm以下，普通晶振的穩(wěn)定度在100ppm以內(nèi)。而原子鐘的穩(wěn)定度更高，一般在10-11以上。

對于智能手機(jī)、GPS模塊、WIBRO、DMB、轉(zhuǎn)發(fā)器等通信應(yīng)用，一般要求±1ppm以下的穩(wěn)定性，這就要采用TCXO類溫補(bǔ)晶振。如惠倫晶體的TC2016溫補(bǔ)晶振采用熱敏電阻進(jìn)行溫度補(bǔ)償，穩(wěn)定度可達(dá)±0.5 ppm Max.。

3. 長期穩(wěn)定度

長期穩(wěn)定度(Frequency Aging)指的是年老化率，一般為±3ppm/年(第一年，常溫25℃條件下)，后續(xù)趨于穩(wěn)定。

圖3. 晶振的頻率穩(wěn)定度與溫度、電源、負(fù)載、老化等因素有關(guān)

例如，惠倫晶體的TC2016溫補(bǔ)晶振（TCXO）首年老化率不超過±1.0 ppm。泰晶科技的T2520熱敏晶振（xtal）首年老化率不超過±1.0 ppm。

晶振經(jīng)過長時間緩慢老化，會導(dǎo)致輸出頻率緩慢漂移。由于大部分晶振廠家的datasheet只提供了25℃下老化一年的數(shù)據(jù)，對于涉及到工業(yè)類應(yīng)用，用戶可向供應(yīng)商索取更高溫度下老化10年的數(shù)據(jù)，因?yàn)榫д駞?shù)是可以定制的。

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晶振的頻率溫度特性及應(yīng)用考慮

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