石英晶振作为一个频率元件,当然频率是至关重要的一项指标,频率直接影响着一个产品的是否优良性能,更是直接决定使用在哪方面领域的一个指标。下面CEOB2B晶振平台给大家介绍关于晶振的频率温度曲线和特性方程。
一、频率温度特性曲线与特性方程
AT切型的频率温度特性的归一化曲线,如图3.2.1所示。
图3.2.1AT切晶体切角与频率温度特性的关系
从图中看出,AT切型的频率温度特性曲线为三次曲线。三次曲线有一个特殊点,称为拐点(图中的Tinf点)。在拐点上的二阶微商(∂2y/∂T2)2=0,此外在曲线上还可能有二个极点即极大值点Tm(又叫向下翻转点),和极小值点Tn(又叫向上翻转点)。在极点上的一阶微商(∂f/∂T)Tm=0,(∂f/∂T)Tn=0,如果在三次曲线上,只有一个拐点而无极点,则在拐点上还有一阶微商(∂f/∂T)Tinf =0;如果除了拐点外还有二个极点,则在拐点上的一阶微商(∂f/∂T)Tinf ≠0。图3.21中,曲线B只有一个拐点Tinf而无极点,因此在损点的一级和二级温度系数a0=b0=0。若选拐点温度为参考温度,则曲线B的频率温度特性方程为;
Δf/f0=C0(T-Tinf)3
曲线A有一个拐点Tinf可和两个极点Tm和Tn,因此贴片晶振拐点的二级温度系数b0=0,一级温度系数a0≠0,若选拐点温度为参考温度,则曲线A的频率温度特性方程为:
Δf/f0=a0(T-Tw )+co( T-Tinf ) 3 (3.2.2)
若以极点温度为参考温度,则因在极点的一级温度系数a0-0,所以曲线A的频率温度特性方程为:
Δf/f0= b0(T-Tm.n)2+c0(T-Tm.n)3 (3.2.3)
式中,Tm.n为Tm或Tn。
若选任意点的温度为参考温度,则a0、b0、c0皆不等于零,这时频率温度特性方程为:
Δf/f0= a0(T-T0 )+b0(T-T0 )2+c0(T-T0 )3 (3.2.4)
由此可见,同一频率温度特性曲线,当选用不同的参考温度时,频率温度特性方程的表示有所不同,相应的a0、b0、c0的数值也不相同。
从图3.2.1中还可以看出,曲线B在拐点附近较窄的温度范围内,相对频率的变化很小,超过此范围则变化很大。显然,这种温度特性不能满足宽温度范围使用的要求。而曲线A由于存在二个极点,所以在拐点附近较宽的温度范围内,相对频率的变化很小。石英晶体振荡器能够满足宽温度范围使用的要求。由频率温度特性方程式(3.2.1)和(3.2.2)还可看出,两者的差别在于曲线A的一级温度系数a0-0,所以在实际应用中,为了扩大温度使用范围,当曲线B的切角确定后,还应采取稍微改变切角的方法,使得一级温度系数a0从等于0变为不等于0(a0数值要小)。这样即可得到扩大温度使用范围的要求。
关于参考温度的选取,在宽温度范围使用时,常选取拐点温度为参考温度;在恒温使用时,则选取极小点温度T。(向上翻转点温度)为参考温度,AT切型的拐点温度一般为Tinf=27℃。