許多工程師都在反復(fù)強調(diào)，使用晶體振蕩器時都要非常小心，因為晶振的材質(zhì)特性，更是因為晶振的體積非常小，有的甚至沒有一粒米那么大。許多因素都容易導(dǎo)致晶體或振蕩器故障，停振和不起振，甚至是加速老化，影響晶振使用的壽命和性能。幾十年來國內(nèi)許多頻率元件制造商，一直在研發(fā)提升晶振性能的方法和技巧，也有了不小的成效和研究結(jié)果。

頻率控制設(shè)備或振蕩器的最常見配置之一是調(diào)節(jié)電壓以維持系統(tǒng)內(nèi)的頻率鎖定的配置。在這些類型的系統(tǒng)中，與振蕩器相關(guān)的頻率誤差會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生不利影響。在最極端的情況下，當(dāng)無法維持良好的頻率鎖定時，它實際上可能導(dǎo)致完整的系統(tǒng)故障。但是這個頻率誤差的主要原因是什么？我們應(yīng)該在石英晶體振蕩器中尋找什么以確保高水平的系統(tǒng)性能？

有四種主要驅(qū)動器會導(dǎo)致振蕩器出現(xiàn)頻率誤差：

1.晶體老化

2.頻率與溫度

3.頻率與供應(yīng)

4.頻率與負(fù)載

在這四種驅(qū)動器中，晶體老化是最常見的失效模式之一。很明顯，晶體老化用于描述由于環(huán)境或晶體本身的變化而隨時間發(fā)生的長期頻率變化。一個很好的類比就是打破一雙新的禮服鞋。適應(yīng)性在開始時會變化得更快，但最終他們會安頓下來并感覺很棒！有兩種類型的晶體老化，積極老化和消極老化。當(dāng)污染物被驅(qū)出石英晶體時會發(fā)生正老化。相反，當(dāng)污染物被驅(qū)入石英晶體時會發(fā)生負(fù)老化。那么如何測量晶體老化，以及頻率控制專家正在采取哪些措施來確保它不會成為系統(tǒng)中的問題？

與晶體老化相關(guān)的性能要求維持在美國政府公布的軍用規(guī)格上。滿足老化要求的典型工藝是對振蕩器進行燃燒，將部件放入老化系統(tǒng)，每天測量多次，然后繪制這些測量值并與石英晶體諧振器老化的密耳標(biāo)準(zhǔn)進行比較。使用這些測量，頻率控制制造商可以在長達(dá)20年甚至更長的系統(tǒng)的整個壽命期間預(yù)測其設(shè)備的老化率。

有許多因素會影響晶體的老化速度。其中最主要的是密封在諧振器封裝內(nèi)的污染物的數(shù)量?？梢韵胂螅?b>有源晶振封裝內(nèi)部，電氣連接，機械連接和晶體空白本身之間存在多個接口邊界。這些界面中的每一個都是將新污染物引入包裝的機會。在構(gòu)成諧振器本身的材料中可以找到潛在的放氣或污染源。事實上，密封包裝的行為也會引入不需要的污染源。例如，石英是吸氣劑并且容易吸收水分。當(dāng)然，濕氣對真空密封包裝是非常不利的。因此，在高質(zhì)量頻率控制裝置的制造過程中嚴(yán)格控制濕度。避免過量水分的一些常見步驟包括在氮氣干燥箱中儲存和處理組件，氫氣燒制，以及在高真空和高溫下密封最終諧振器。

例如，在BG61振蕩器，其上目前正在探索冥王星新地平線太空船飛行，將晶體高溫真空下在高真空下被密封之前保持約一個星期。BG61被公認(rèn)為世界上最穩(wěn)定的水晶！很想知道它是多么穩(wěn)定......好吧它是0.0001ppb或0.0000000000001份。說到數(shù)十億......Bliley的超穩(wěn)定貼片晶振現(xiàn)在離地球有50億英里！

那么設(shè)計師可以做些什么來使自己免受晶體老化的負(fù)面影響？

一種反直覺的設(shè)計方法是減少振蕩器所需的溫度范圍。常見的系統(tǒng)工程方法是在組件選擇中建立余量，以確保系統(tǒng)級性能。如果系統(tǒng)必須在-20到70攝氏度的溫度范圍內(nèi)工作，系統(tǒng)工程師自然會說“我要緩沖自己并在-40到85攝氏度的整個溫度范圍內(nèi)對振蕩器進行規(guī)范”。工程師認(rèn)為他們將獲得更好的部分，因為它能夠在更寬的溫度范圍內(nèi)運行。然而，這迫使頻率控制制造確保其元件必須在高達(dá)95℃的溫度下工作。這些升高的溫度將加速老化（增加頻率誤差）并降低器件MTBF或平均故障間隔時間。

下次使用石英晶體諧振器，OCXO晶振，VCXO晶振或TCXO晶振進行設(shè)計時，請記住老化對整體時鐘性能的影響以及在設(shè)計中進行補償?shù)姆椒āＯ胍@知更多關(guān)于晶振使用方法，和提升性能的技巧，請關(guān)注金洛鑫電子官方網(wǎng)站，每天更新晶振資訊及技術(shù)文章，提供咨詢—訂購—交付—售后等一站式服務(wù)！