石英晶体振荡器：成本、匹配与温度补偿的挑战

时间： 2024-10-18 来源：惠源晶工官网

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在当今瞬息万变的电子产品中，成本无疑是厂商和石英晶体振荡器制造商要考虑的一个重要因素。因为有源石英晶体振荡器（俗称时钟振荡器）的PIP通孔无源谐振器的价格是普通无源谐振器的5～10倍，考虑到成本因素，因此电路中使用了更多的无源晶体。只有在一些高端产品如工控型、高速通讯型产品更倾向于采用有源晶体振动，所以以上是常见问题。

其原因是无源晶体振荡器的使用效果不仅取决于晶体振荡器本身的指标，而且与振荡电路的设计相匹配相关性大，也经常出现匹配不理想的情况。有源晶体振荡器是一种直接晶体和时钟振动集成电路“绑定”封装调试完成后，提供给用户，以避免因客户晶体负载匹配不当而造成电路频率漂移的问题。

石英晶体振荡器通常被称为石英晶体，由二氧化硅组成，具有“压电效应”和非常高的品质因数，用于振荡电路，频率稳定性可以达到10-6~10-8，甚至更高。但是，它的频率精度，它受石英晶体两个固有特性的影响：频率牵引和温度漂移。频率牵引|量为描述石英晶体频率精度随负载电容的变化而变化的物理量。单位为PPM/PF，精度随温度变化，是石英晶体振荡器的固有特性，它的频温曲线和石英切屑的切削方式与切削角度有关。从用户的角度来看，用户不能改变切屑角度，但很容易改变。客户在使用石英晶体振荡器时，容易因负载而出现配置引起的频率漂移。

石英晶体振荡器精度高、稳定性好的原因在于采用了专业的振荡芯片，钟振未经调整在封装之前，通过在晶片上喷银或蚀刻电极来改变晶片的厚度来微调晶体频率。因此，振荡电路可以输出期望的目标频率，避免负载失配引起的频率漂移，改善振荡电路精度。

石英晶体振荡器还有一个重要的性质，即温度漂移。所有的频率器件都是由石英晶体材料制成的，有一定的温度漂移。温度漂移是影响石英晶体谐振器和振荡器频率精度的重要因素。温补晶体振荡器（TCXO）和恒温晶体振荡器（OCXO）是对晶体频率和温度特性的相应补偿，精密度TCXO小于+2.5ppm，OCXO小于+10ppb（1ppb=10-3ppm），甚至更高。温度填充补偿，作为补偿石英晶体温度漂移的重要手段。然而，市场上对于KHz级的温度补偿钟形振动很少了。

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