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    低溫對晶振的影響有哪些?

    時至冬日,來自北方的寒風不斷帶來大幅度的降溫,除了人因低溫受寒發病率增加之外,一些戶外的電子產品故障也開始頻發,如行車記錄儀不開機、戶外攝像頭不啟動等。原因之一就是晶振不再正常工作了。那么,為何低溫對晶振的影響有哪些呢?分析如下:

    晶振的核心部分是石英晶片,即石英晶體。石英晶體因其壓電物理效應而被作為頻率元件的材料。其優勢是輸出頻率穩定且精準。但是,石英晶體還有另外一個特性,那就是“溫漂”。

    也就是說,石英晶片在振動過程中會隨著工作溫度的變化而發生變化,溫漂呈”S”型軌跡,大致在低溫-10℃時,會出現一個拐點。

    如下圖所示:

    低溫對晶振的影響有哪些?

     

    (石英晶體的溫漂現象)

    因此,在晶振的電氣參數中,除了標稱頻率,即指的是在溫度為25攝氏度左右的條件下輸出的頻率精度之外,還有一個重要的參數為“溫度頻差”。提及溫度頻差,就要認真看其溫度范圍。比如:溫度頻差為 ±30ppm,工作溫度為 -20℃~+70℃,指的即是該晶振在這個溫度變化區間內的頻偏最大值可以控制在±30ppm之內。再講具體一點,若該晶振為SMD3225 26MHz, 調整頻差為±10ppm,溫度頻差為±30ppm,工作溫度(°C):-20~+70,指的是在溫度為25攝氏度的條件下,該顆晶振的理想輸出頻率在 25.999740MHZ~26.000260MHZ之間。若其工作溫度在-20℃~+70℃區間內,其頻差范圍可控制在 25.999220MHZ~26.000780MHZ。由此看出,若CPU對晶振的精度有嚴格要求,比如需要晶振穩定處于±30ppm的頻差范圍工作,一旦晶振處于低于零下20℃的工作溫度環境,它的實際輸出頻率將無法滿足CPU的捕捉范圍之需求,很可能發生的結果就是CPU抓不到晶振輸出的時鐘信號,而造成系統癱瘓。在這種情況下,晶振可能仍處于起振狀態,只是頻偏過大了。解決思路有兩種:1、更換寬溫晶振,即工作溫度為-40℃~+85℃,±10ppm~±30ppm。2、調寬IC對晶振頻率的捕捉范圍。

     

    另外一種低溫對晶振的影響現象是在低溫下,晶振徹底停振。這種情況主要是由于晶振制成不合格所致。若晶振在封裝制成中,氣密性不達標,或未抽真空并添注氮氣,晶振內部可能殘存細微固體顆粒及水蒸氣。在低溫條件下,水蒸氣會與細微固體凝聚成小水滴并固著于石英晶片表面,造成晶振DLD2或電阻超差。足夠嚴重時,直接導致晶振停振。

     

    既然談及低溫對晶振的影響,順便也談及一下高溫,如上圖所示,石英晶體在+60℃時,也會出現一個”拐點”,即溫漂又會反向回轉。因此,控制好晶片的切割角度在一定公差范圍內,就可以保證在這兩個拐點時及溫漂在-40℃~85℃區間時,晶振頻偏不超過±30ppm,這需要晶振的生產工藝必須達標。晶諾威科技目前在晶振溫度頻差這個領域可以做到的參數如下:

    ±10ppm (-20~+70 ℃)

    ±15ppm (-40℃~+85 ℃)

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