晶振受热起振和停振的原因

发布时间:2024-06-30 阅读次数:181

晶体振荡器利用石英晶体的压电效应来产生非常稳定且精确的振荡频率。为什么晶振在受热后,会出现频率不稳定,甚至有时会起振或停振的现象呢?


起振:

在温度升高的情况下,有些晶振会开始振荡。有以下几点原因:

  • 频率温度特性:晶振的频率会随着频率温度曲线变化。《石英晶片常见切割方式

  • 电路温度系数:电路中的电容或者电感值会随着温度变化而变化,从而影响振荡条件。

  • 热膨胀效应:晶振的封装和材料在受热时会膨胀或者收缩,导致晶体的物理尺寸变化,从而影响晶体的谐振频率和振荡条件。


停振:

晶振在温度升高后停止振荡的现象被称为停振,可能由以下几个原因引起:

  • 振荡条件的变化:振荡电路必须满足特定的相位和增益条件才能维持振荡。温度变化可能改变电路参数,使振荡条件不再满足,进而停止振荡。

  • 温度过高引起的损伤: 过热会损坏晶振或其周围的电路元件,可能永久改变晶体的电学特性,导致振荡停止。

  • 电路中的热漂移: 温度变化会引起电路元件性能漂移,使电路不能再维持振荡所需的条件。

  • 封装应力变化: 温度变化会导致晶振封装材料的应力变化,影响晶体的机械共振特性和振荡能力。


预防和解决措施: 

要避免或减轻晶振在温度变化下的起振或停振问题,可以采取以下措施:

1. 选择合适的晶振:根据应用环境选择具有适当温度稳定性的晶振,或者使用TCXO或OCXO来提供更高的温度稳定性。
  • 温补晶振TCXO使用一个内部温度传感器和补偿电路来检测环境温度,并调整晶体的振荡频率,以抵消温度变化的影响。这种补偿是动态的,随着温度的变化实时调整。
  • 恒温晶振OCXO是用电路控制温度。内部恒温箱可以把稳定度控制的非常严格。OCXO在启动时需要进行一个热启动过程达到振荡起振所需的起振条件。恒温晶振的产品规格书上会注明”预热时间“。

2. 优化电路: 确保振荡电路在宽温度范围内能够稳定工作,选择低温漂的元件,适当调整电路参数以适应温度变化。
3. 散热: 通过适当的散热措施控制电路温度,避免晶振和其他元件过热。




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