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當(dāng)OCXO晶振使用AT切割晶體時(shí),它們使用晶體的上部反轉(zhuǎn)點(diǎn),通常為+85°C.振蕩器電路使得可以將元件精確地設(shè)置在每種情況下使用的晶體的反轉(zhuǎn)點(diǎn).應(yīng)該注意的是,批次中晶體的反轉(zhuǎn)點(diǎn)可能略有不同.為了允許一定的容差,石英晶體振蕩器通常在晶體反轉(zhuǎn)點(diǎn)以下10K處工作.也就是說(shuō),反轉(zhuǎn)點(diǎn)+85°C的晶體僅在+75°C的溫度下使用.顧名思義,SC切割(壓力補(bǔ)償)具有比AT切割更低的應(yīng)力水平.這導(dǎo)致更好的老化(長(zhǎng)期性能)和對(duì)更高晶體控制信號(hào)的彈性,因?yàn)橛捎谳^小的摩擦而產(chǎn)生較小的機(jī)械應(yīng)力和熱量.
半導(dǎo)體元件有望在產(chǎn)品的整個(gè)壽命期內(nèi)可靠運(yùn)行.選擇可靠性等級(jí)最高的設(shè)備限制了故障組件在現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)致產(chǎn)品故障的可能性.SITIME晶振提供滿足這一目標(biāo)的振蕩器,零微機(jī)電系統(tǒng)場(chǎng)故障超過(guò)2.5億個(gè)單位.零場(chǎng)故障令人印象深刻,但工程師希望確保零件已經(jīng)過(guò)充分的可靠性測(cè)試.衡量半導(dǎo)體元件可靠性的關(guān)鍵指標(biāo)是平均故障間隔時(shí)間,即平均故障間隔時(shí)間.MTBF越高,器件的預(yù)期壽命越長(zhǎng),因此器件越可靠.本應(yīng)用筆記描述了SiTime微機(jī)電系統(tǒng)振蕩器的測(cè)試過(guò)程和預(yù)測(cè)平均溫度系數(shù)的計(jì)算.
如果本杰明富蘭克林不得不使用石英晶體和RTC來(lái)維持一天中的時(shí)間,他可能會(huì)重新考慮他的陳述.晶體在溫度上的不準(zhǔn)確性通常會(huì)使時(shí)間看起來(lái)延遲(或者偶爾會(huì)更快地移動(dòng)).帶有32.768kHz石英音叉式晶體振蕩器的RTC是大多數(shù)電子應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)時(shí)參考.RTC通過(guò)計(jì)算秒數(shù)來(lái)維持時(shí)間和日期,這需要從32.768K晶體振蕩器得到的1Hz時(shí)鐘信號(hào).當(dāng)前時(shí)間和日期信息存儲(chǔ)在一組寄存器中,通過(guò)通信接口訪問(wèn).
許多數(shù)字應(yīng)用依賴?yán)鋮s系統(tǒng)來(lái)將工作溫度保持在設(shè)計(jì)限值內(nèi),工業(yè)石英晶體振蕩器應(yīng)用的工作溫度通常為-40℃至+85℃.但是冷卻系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn)故障,例如,如果風(fēng)扇出現(xiàn)故障,這可能會(huì)導(dǎo)致環(huán)境溫度升高到系統(tǒng)設(shè)計(jì)限值以上,在某些情況下達(dá)到或超過(guò)+125℃.理想情況下,系統(tǒng)應(yīng)在這些故障條件下保持正常運(yùn)行.對(duì)于許多系統(tǒng)來(lái)說(shuō),持續(xù)的連續(xù)操作是至關(guān)重要的,例如,蜂窩基站應(yīng)該維持支持緊急呼叫的基本服務(wù).因此,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者應(yīng)該選擇組件來(lái)實(shí)現(xiàn)最大的可靠性.
當(dāng)今互聯(lián)汽車中部署的高性能信息娛樂(lè)和無(wú)線系統(tǒng)越來(lái)越多,這就要求設(shè)計(jì)人員特別注意這些系統(tǒng)敏感頻率下的電磁能量.而汽車級(jí)石英晶體振蕩器減少不必要的噪聲在人工智能服務(wù)器/電子控制單元或自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)攝像機(jī)模塊中,電磁干擾可能是個(gè)問(wèn)題高速數(shù)據(jù).時(shí)鐘可能是噪聲的最大來(lái)源,并且通常直到鑒定的最后階段才觀察到這種電磁干擾.這可能導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期后期的返工,導(dǎo)致計(jì)劃外延誤和費(fèi)用.
晶振的每個(gè)參數(shù)通常都與溫度有關(guān)(晶體頻率,C0,C1,R1,......).模擬中C1和C0的變化可以忽略不計(jì).實(shí)際晶體的串聯(lián)電阻R1的變化不能用簡(jiǎn)單的公式來(lái)描述.因此,我們假設(shè)模型的溫度無(wú)關(guān)的R1值,并假設(shè)C1和C0的值在整個(gè)溫度范圍內(nèi)是恒定的.因此,溫度的頻率變化通過(guò)電感值的變化來(lái)實(shí)現(xiàn).不幸的是,用一個(gè)包含全局變量溫度的公式來(lái)簡(jiǎn)單地替換電感值是不可能的.
雖然振蕩器是大多數(shù)電子器件中的關(guān)鍵元件,但設(shè)計(jì)人員在大多數(shù)情況下無(wú)需自行設(shè)計(jì)振蕩器,因?yàn)樵撈骷罅空袷幤麟娐?相反,他們只需選擇振蕩器功能所需的晶體和外部電容.如果選擇了錯(cuò)誤的晶振或外部電容,可能會(huì)導(dǎo)致器件無(wú)法正常工作,過(guò)早失效或無(wú)法在預(yù)期的溫度范圍內(nèi)工作.
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