Geyer擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)的音叉晶體

在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，以及汽車行業(yè)的變化，越來越多的應(yīng)用和用戶也要求擴(kuò)大時鐘石英晶振的溫度范圍。雖然-40°C至+85°C已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)，但105°C甚至125°C的要求已不再罕見。這些溫度通常對石英晶振的純功能沒有問題，但在使用鐘表石英或音叉石英晶體的設(shè)計中需要特別注意。例如，汽車應(yīng)用要求非常高的精度，這對音叉晶振制造商來說是一個挑戰(zhàn)，在擴(kuò)展的溫度范圍內(nèi)。
可以看出，對于具有AT切割（最常見的石英切割）的石英晶振來說，工作溫度并不重要，但對于音叉石英晶體來說，工作溫度會很快導(dǎo)致很大的偏差。音叉晶振的熱特性在設(shè)計中經(jīng)常被忽視或考慮不足，導(dǎo)致應(yīng)用故障和用戶不滿。然后，石英被錯誤地歸因于質(zhì)量差，盡管它完全符合數(shù)據(jù)手冊中規(guī)定的規(guī)格。

基礎(chǔ)：
音叉石英的溫度響應(yīng)（相對于溫度的頻率偏差）由以下公式描述：偏差[ppm]=-PC[ppm/°C2]·（t-T0）2±10%在坐標(biāo)系中，這對應(yīng)于一個向下打開的拋物線，頂點在T0=25°C±5°C（參考溫度），如圖2所示。拋物線系數(shù)PC（拋物線系數(shù)），例如-0.035，在數(shù)據(jù)手冊中給出，代表拋物線“陡度”的度量。它是手表石英溫度行為的最重要參數(shù)。該參數(shù)也受到公差的影響，例如。B.±10%。

影響：
可以看出，當(dāng)你在操作過程中偏離參考溫度時，石英總是會跟隨，而且離25°C越遠(yuǎn)，石英就會跟隨得越多。在這種情況下，在+125°C時，典型值為-350ppm；如果包括所有公差（例如負(fù)載容量），它可以變得更大。

在手表石英只使一個控制器在待機(jī)狀態(tài)下保持活力的應(yīng)用中，這可能無關(guān)緊要。但是，如果應(yīng)用程序是在精確的時間基礎(chǔ)上或RTC（實時時鐘），即使是最小的時間誤差也會在一年中大量增加。幾十分鐘并不少見！

選擇精度較高的石英晶體通常不會產(chǎn)生預(yù)期的效果，因為基本精度的指示是指+25°C。因此，基本曲線不變。

基于硬件的解決方案，例如。B.通過調(diào)整負(fù)載電容或“平均”溫度曲線，只有在狹窄的溫度范圍內(nèi)才有希望（例如手表）。

對于依賴于精確時基的應(yīng)用，或如果需要更長時間的精確定時（例如計量/消耗記錄），則必須用軟件補償?shù)湫偷臏囟惹€，同時定期將時間與任何類型的主機(jī)（數(shù)據(jù)采集器，無線電時鐘，人）同步。只有這樣，應(yīng)用程序才能正確可靠地運行。

不同負(fù)載容量的時鐘石英
為了確定低負(fù)載容量石英的優(yōu)點，分別對12.5 pF和12.5 pF的兩個時鐘石英進(jìn)行了研究。7 pF。74HCU04用作振蕩器IC。如表1所示，具有低負(fù)載容量的石英具有優(yōu)勢。

然而，一個缺點是不容忽視的：由于負(fù)載容量低，帶有7-pFQuarz的振蕩器電路對電路的元件公差更敏感。
復(fù)雜的應(yīng)用和趨勢

然而，在很短的時間內(nèi)暴露在最大和最頻繁的溫度波動中的應(yīng)用可以在汽車領(lǐng)域找到。這些部件是專門制造的，具有多個連接點，并通過AEC-Q200認(rèn)證，因此它們能夠承受振動和沖擊條件。蓋耶電子很早就開始應(yīng)對汽車行業(yè)的嚴(yán)格要求，多年來一直為這一市場部門提供手表石英。

該行業(yè)的趨勢也是手表時鐘晶振越來越小的外殼，這當(dāng)然是對石英晶體性能（驅(qū)動電平）和諧振電阻的進(jìn)一步挑戰(zhàn)。

雖然較小的設(shè)計意味著較小的石英負(fù)載能力（驅(qū)動電平）和較高的諧振電阻，但溫度特性在小型化過程中不會改變。對于制造商和用戶來說，這仍然是一個技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性的挑戰(zhàn)，因為一些應(yīng)用程序需要的恰恰相反。內(nèi)置散熱器的恒溫器，太陽能逆變器和類似的產(chǎn)品組也需要較小的時鐘石英和較低的負(fù)載電阻。

對于更高的溫度穩(wěn)定性要求，Geyer Electronics提供32.768KHz溫度補償振蕩器作為替代，例如。B.在KXO-V32T（3.2mm×1.5mm）或KXO-V32T（3.2mm×1.5mm）貼片晶振的工業(yè)溫度范圍內(nèi)為20或10ppm。KXOV93T（1.6 mm×1.2mm）。
鐘表石英的替代品


從表2（例如，KXO-V32T）中可以看出，替代晶體振蕩器的功耗僅為1µA，在溫度和工作電壓范圍內(nèi)的頻率偏差比時鐘石英小得多，因此可能是某些應(yīng)用的更好選擇。
在過去的幾年里，半導(dǎo)體行業(yè)面臨著不同性質(zhì)的特殊挑戰(zhàn)，而且只是緩慢復(fù)蘇，手表并沒有停滯不前--消費品，物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)世界，特別是汽車工業(yè)的快速發(fā)展也提高了手表石英的技術(shù)和物流要求。蓋耶電子很早就將這些要求引入鐘表石英的生產(chǎn)中。