教你如何辨別及正確選型到高質量高準確度的石英晶振
來源：http://www.ike-digital.com 作者：康華爾 2018年04月27
所謂晶振是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片），石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振，而在封裝內部添加IC組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器。其產品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。晶振被使用在各種電子產品中，不同的產品使用不同性能的石英晶振，問題來了，如何能選購具備高品質的晶振產品呢，又該如何選擇？
關于晶振的質量與選擇
1．晶振的作用是產生時鐘信號，晶體諧振器與其它器件共同組成晶體振蕩器。
2．晶體諧振器，要達到穩定性好，要求串聯諧振電阻既要小又要一致性好，同時激勵功率變化帶來的阻抗變量越小，晶體的諧振點容易一致，這樣外圍電路調試比較容易，使產品更穩定
3．根據經驗及晶體本身的特性總結出：
第一，在使用過程中，外圍匹配電容（包括雜散電容）愈接近晶體標稱電容，電路形成的振蕩頻率愈接近標稱頻率。電路的穩定性由晶體本身和外圍電路共同決定，最佳電路應讓工作頻率高與標準頻率8PPM左右，因為頻率每年都要下降3PPM左右即年老化率，這樣才能保證電路中振蕩頻率在5年內準確度很高；
第二，晶體在使用中還要具有一定的溫度穩定性和抗震性及可焊性，如何實現？1）提高晶片加工精度，降低晶體封閉殼中氮氣的露點，通過高低溫測試試驗；2）生產上，用優質膠，點勻和及時烤膠，檢查剔除有崩邊的晶片，通過跌落和機械振動測試（100-20000G）試驗,提高包裝保護；3）同時增加240±10℃和5S條件下的耐高溫測試。
4．石英晶體振蕩器分直插（DIP-14,DIP-8）和貼片晶振。直插式的一般為非三態線路，有需求可選三態規格，SMD式的為三態線路輸出。在使用中DIP系列1#角在無特殊說明時為斷開的，靜電對DIP破壞性較小。SMD系列1#角內部相連，外接時需斷開，靜電對其破壞最大，容易擊穿IC，須作靜電保護；另外，SMD系列晶振在焊接過程中不要溫度過高，時間過長，一般控制在260℃±5℃，少于5秒。還應注意SMD晶振兩側有的會有DLD測試線，焊接時不能與任意焊點相連。晶振在使用中電壓分5V，3.3V，1.8V等不能兼容，否則會不穩定。
5．隨著晶振的被廣泛應用到各種高端設備中，對其要求也越來越高，壓控晶體振蕩器(VCXO),溫補振蕩器（TCXO）及恒溫晶體振蕩器（OCXO）的需求逐步上升。VCXO是可以利用電壓變化來調整輸出頻率。TCXO是包含一個溫度感應電路，在溫度發生變化是調整輸出頻率，是輸出的頻率隨溫度變化的偏差降低了，從而使其在一定的溫度范圍內保持較高的頻率穩定度，一般精度要求在0-3PPM之內的做成這種。OCXO具有更高的穩定性，而且有更低的相位噪聲，精度更高，它是通過內部的恒溫槽維持晶體溫度的穩定。
衡量頻率時間標準的指標參數
1.頻率要穩定，不隨溫度等環境因素而變化。這個要求是首位的、必然的。即便溫度補償的晶體振蕩器，在常溫范圍內（比如攝氏10度到35度）也有大約0.5ppm到2ppm的誤差，做成鐘表就相當于每年誤差30秒左右。現在有些高精度的電子手表，年差在10秒之內，相當于0.3ppm，這是很不容易的高技術。為了追求更高的溫度穩定性，恒溫晶振應運而生。由于把內部的晶體包括振蕩電路等都密封在一個溫度相對恒定的環境下，因此受外界溫度的影響大大減少，在室溫下可以做到1ppb到10ppb的量級。除了溫度以外，頻率標準也不應該隨大氣壓、濕度等條件而變化，盡管這些條件與溫度比較起來占次要地位。
2.頻率要穩定，不隨時間而變化。這實際上就是標準的老化問題。頻率盡管很準確也不隨溫度變化，但時間一長就變化了那也不行。因此老化率是另外一個重要指標。短期的老化率比較一天的變化，成為日老化率。中期的看月老化率，長期的看年老化率甚至看更長期的。
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3.短期頻率要穩定。短期不穩定的石英晶振表現在不同時間的頻率是不一樣的。最常用的衡量間隔是1秒，稱為秒穩，也就是連續以1秒為間隔測量相鄰兩次采樣頻率的變動，然后進行方均根的運算，得到所謂阿倫方差。一般好一些的恒溫晶振這個變動不會超過0.1ppb，這已經超出絕大多數9位頻率計的測量下限。但普通溫補晶振的短期穩定性都不好，甚至達到10ppb以上，大多數原因是里面的補償網絡的熱噪聲引起的。
有一個笑話，某人用過HP/Agilent53132A這個高檔頻率計后說不好，原因就是最后幾位總是跳動。這正像高靈敏的收音機在沒有電臺的情況下噪音非常大的現象有同工異曲之處，你能說這樣的收音機不好嗎？最后幾位數字的跳動主要是因為其內部標準是個很簡單的溫補晶振，再加上被測量的信號短期穩定度也不好造成的。作為標準，必須自己短期也非常穩定，才能在測量的時候讓最后的顯示位也不跳動。
4.準確度高。時間標準的準確度就是說頻率實際值與真值的偏離程度。很多標準是可以微調的，但要注意的是，準確度必須以穩定度為基礎，沒有穩定的標準，調節的再好也是暫時的，因此，不要片面的追求準確度而忽略了更重要的穩定度。
5.其它。比如輸出信號幅度波形好、體積小、功耗低、壽命長、工作環境寬等。這些對于頻率標準來講并不很重要，最重要的就是上面的三點或四點.
1．晶振的作用是產生時鐘信號，晶體諧振器與其它器件共同組成晶體振蕩器。
2．晶體諧振器，要達到穩定性好，要求串聯諧振電阻既要小又要一致性好，同時激勵功率變化帶來的阻抗變量越小，晶體的諧振點容易一致，這樣外圍電路調試比較容易，使產品更穩定
3．根據經驗及晶體本身的特性總結出：
第一，在使用過程中，外圍匹配電容（包括雜散電容）愈接近晶體標稱電容，電路形成的振蕩頻率愈接近標稱頻率。電路的穩定性由晶體本身和外圍電路共同決定，最佳電路應讓工作頻率高與標準頻率8PPM左右，因為頻率每年都要下降3PPM左右即年老化率，這樣才能保證電路中振蕩頻率在5年內準確度很高；
第二，晶體在使用中還要具有一定的溫度穩定性和抗震性及可焊性，如何實現？1）提高晶片加工精度，降低晶體封閉殼中氮氣的露點，通過高低溫測試試驗；2）生產上，用優質膠，點勻和及時烤膠，檢查剔除有崩邊的晶片，通過跌落和機械振動測試（100-20000G）試驗,提高包裝保護；3）同時增加240±10℃和5S條件下的耐高溫測試。
4．石英晶體振蕩器分直插（DIP-14,DIP-8）和貼片晶振。直插式的一般為非三態線路，有需求可選三態規格，SMD式的為三態線路輸出。在使用中DIP系列1#角在無特殊說明時為斷開的，靜電對DIP破壞性較小。SMD系列1#角內部相連，外接時需斷開，靜電對其破壞最大，容易擊穿IC，須作靜電保護；另外，SMD系列晶振在焊接過程中不要溫度過高，時間過長，一般控制在260℃±5℃，少于5秒。還應注意SMD晶振兩側有的會有DLD測試線，焊接時不能與任意焊點相連。晶振在使用中電壓分5V，3.3V，1.8V等不能兼容，否則會不穩定。
5．隨著晶振的被廣泛應用到各種高端設備中，對其要求也越來越高，壓控晶體振蕩器(VCXO),溫補振蕩器（TCXO）及恒溫晶體振蕩器（OCXO）的需求逐步上升。VCXO是可以利用電壓變化來調整輸出頻率。TCXO是包含一個溫度感應電路，在溫度發生變化是調整輸出頻率，是輸出的頻率隨溫度變化的偏差降低了，從而使其在一定的溫度范圍內保持較高的頻率穩定度，一般精度要求在0-3PPM之內的做成這種。OCXO具有更高的穩定性，而且有更低的相位噪聲，精度更高，它是通過內部的恒溫槽維持晶體溫度的穩定。
1.頻率要穩定，不隨溫度等環境因素而變化。這個要求是首位的、必然的。即便溫度補償的晶體振蕩器，在常溫范圍內（比如攝氏10度到35度）也有大約0.5ppm到2ppm的誤差，做成鐘表就相當于每年誤差30秒左右。現在有些高精度的電子手表，年差在10秒之內，相當于0.3ppm，這是很不容易的高技術。為了追求更高的溫度穩定性，恒溫晶振應運而生。由于把內部的晶體包括振蕩電路等都密封在一個溫度相對恒定的環境下，因此受外界溫度的影響大大減少，在室溫下可以做到1ppb到10ppb的量級。除了溫度以外，頻率標準也不應該隨大氣壓、濕度等條件而變化，盡管這些條件與溫度比較起來占次要地位。
2.頻率要穩定，不隨時間而變化。這實際上就是標準的老化問題。頻率盡管很準確也不隨溫度變化，但時間一長就變化了那也不行。因此老化率是另外一個重要指標。短期的老化率比較一天的變化，成為日老化率。中期的看月老化率，長期的看年老化率甚至看更長期的。
有一個笑話，某人用過HP/Agilent53132A這個高檔頻率計后說不好，原因就是最后幾位總是跳動。這正像高靈敏的收音機在沒有電臺的情況下噪音非常大的現象有同工異曲之處，你能說這樣的收音機不好嗎？最后幾位數字的跳動主要是因為其內部標準是個很簡單的溫補晶振，再加上被測量的信號短期穩定度也不好造成的。作為標準，必須自己短期也非常穩定，才能在測量的時候讓最后的顯示位也不跳動。
4.準確度高。時間標準的準確度就是說頻率實際值與真值的偏離程度。很多標準是可以微調的，但要注意的是，準確度必須以穩定度為基礎，沒有穩定的標準，調節的再好也是暫時的，因此，不要片面的追求準確度而忽略了更重要的穩定度。
5.其它。比如輸出信號幅度波形好、體積小、功耗低、壽命長、工作環境寬等。這些對于頻率標準來講并不很重要，最重要的就是上面的三點或四點.
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