在更多的應(yīng)用程序和系統(tǒng)配置需要定時(shí)冗余和本地時(shí)鐘功能作為標(biāo)準(zhǔn)操作的一部分。網(wǎng)元被設(shè)計(jì)成在鎖定模式(系統(tǒng)鎖定到網(wǎng)絡(luò)參考或GPS)或保持模式下運(yùn)行。本地定時(shí)裝置必須保持系統(tǒng)以特定的頻率漂移率運(yùn)行。同時(shí)，無(wú)線制導(dǎo)的GPS應(yīng)用，如海底地震節(jié)點(diǎn)、軍事數(shù)據(jù)鏈路或電池供電的測(cè)試設(shè)備，使用本地振蕩器作為GPS和降噪元件的備份機(jī)制。石英計(jì)時(shí)裝置最適合“時(shí)鐘備份”，并為其眾所周知的性能屬性，如;高Q，長(zhǎng)期精度和穩(wěn)定性，以及顯著的成本效益。本文將討論影響石英晶體振蕩器頻率漂移的關(guān)鍵因素:老化。

術(shù)語(yǔ)“老化”有時(shí)與術(shù)語(yǔ)頻率漂移交替使用，指的是石英振蕩器中頻率隨時(shí)間的變化。然而，根據(jù)國(guó)際無(wú)線電咨詢委員會(huì)(CCIR)的定義，老化是“由于社會(huì)振蕩器的內(nèi)部變化而導(dǎo)致頻率隨時(shí)間的系統(tǒng)性變化”。相反，漂移被定義為“振蕩器頻率隨時(shí)間的系統(tǒng)變化”。漂移是晶體老化和其他外部環(huán)境因素的總和。在這個(gè)討論中，我們將只關(guān)注晶體老化。

老化被定義為頻率隨時(shí)間的變化，通常表現(xiàn)為指數(shù)正、衰減的頻率漂移特性。然而，頻率變化的方向可以是正的，也可以是負(fù)的，如圖所示。如圖所示，石英晶體諧振器中可能有幾個(gè)因素共同決定了其老化性能。例如，當(dāng)石英諧振器同時(shí)受到兩個(gè)方向相反、衰變速率不同的機(jī)制的作用時(shí)，方向反轉(zhuǎn)就會(huì)發(fā)生。

造成石英晶體老化的主要因素有兩個(gè)。首先是機(jī)械應(yīng)力，主要是由于諧振器的機(jī)械安裝中的應(yīng)力水平的變化。第二是分子污染，即使精密諧振器是在極高真空條件下極其清潔的環(huán)境中加工和密封的。這些因素可以分為兩類;可逆和不可逆，包括機(jī)械和熱應(yīng)力，污染和分子遷移(質(zhì)量負(fù)載)。

影響衰老的可逆因素:分子從高能態(tài)流向低能態(tài)影響石英諧振器的質(zhì)量。由熱梯度引起的諧振器上的機(jī)械應(yīng)力。

影響衰老的不可逆因素:由于制造過(guò)程(鋸切、研磨、拋光等)，諧振器中的應(yīng)力松弛。通過(guò)汽化金屬電極鍍層的冷凝作用于諧振器的應(yīng)力松弛。由于機(jī)械安裝結(jié)構(gòu)，放置在諧振器上的應(yīng)力松弛。鍍層向石英中遷移。

假設(shè)諧振器在較高的溫度下工作，并保持連續(xù)振蕩(如恒溫晶體振蕩器，OCXO)。在這種情況下，可逆效應(yīng)將達(dá)到平衡，而不可逆效應(yīng)將決定老化速率。如果烘箱和振蕩器電源中斷一段時(shí)間，讓諧振器冷卻下來(lái)，然后重新啟動(dòng)，諧振器不會(huì)立即恢復(fù)到中斷前的老化速度和頻率。在關(guān)閉期間，諧振器處于比振蕩(運(yùn)動(dòng))時(shí)更低的能量狀態(tài)。在這種較低的能量狀態(tài)下，諧振腔將傾向于吸附氣體分子。當(dāng)振蕩器重新啟動(dòng)時(shí)，氣體分子將緩慢解吸，晶體返回到高能態(tài)。當(dāng)諧振器再加熱到較高溫度時(shí)，熱量通過(guò)機(jī)械支架嚴(yán)格傳導(dǎo)到晶體板。由于外殼內(nèi)部的高真空消除了對(duì)流加熱，僅通過(guò)機(jī)械支架加熱就會(huì)在諧振器上產(chǎn)生熱梯度(應(yīng)力)。熱沖擊可能會(huì)影響進(jìn)口晶振不可逆因素，包括制造應(yīng)力和安裝應(yīng)力的誘導(dǎo)松弛，盡管這些通常通過(guò)前置溫度循環(huán)來(lái)消除。

憑借CTS晶振在設(shè)計(jì)和制造精密石英晶體和振蕩器方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，我們?cè)诓迦胱罱K振蕩器之前對(duì)所有晶體進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試和預(yù)處理。CTS執(zhí)行的測(cè)試包括諧振器角度測(cè)量和校正、DLD(驅(qū)動(dòng)電平依賴)、溫度測(cè)試以及細(xì)微和嚴(yán)重泄漏。CTS預(yù)處理過(guò)程包括主動(dòng)老化、高溫烘烤和熱循環(huán)，以減少振蕩器組裝前的應(yīng)力。此外，CTS OCXO晶振通過(guò)熱循環(huán)和老化進(jìn)行預(yù)處理，并對(duì)頻率進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)和分級(jí)，以確保符合老化要求。CTS提供多種封裝尺寸的極低老化率振蕩器