這是一個非常經(jīng)典的問題。答案并不是簡單的“是”或“否”,因為它取決于晶振的類型和其內(nèi)部采用的補償技術(shù)。
簡單來說:
普通晶振(尤其是無源晶振):溫度升高,頻率通常會降低。
帶溫度補償?shù)木д瘢═CXO):溫度升高,頻率基本保持不變。
恒溫晶振(OCXO):溫度升高,頻率絕對保持不變。
下面我們來詳細解釋這幾種情況:
對于最常見的無源晶振和普通的有源晶振,其核心是石英晶體。石英晶體本身有一個重要的特性:其諧振頻率會隨著溫度的變化而變化。
頻率溫度曲線:這個關(guān)系通常是一個三次函數(shù)曲線,類似于一條“駝峰”或“山谷”形的曲線。
關(guān)鍵點:對于最常用的 AT切割 石英晶體,其頻率-溫度曲線是一個以 25°C 左右為中心點的開口向下的拋物線。這意味著:
在室溫(~25°C)附近,頻率變化很小。
當溫度偏離室溫,無論是變高還是變低,頻率通常都會下降。
因此,在大多數(shù)情況下,溫度越高,普通晶振的輸出頻率反而越低。
結(jié)論:對于普通晶振,溫度與頻率的關(guān)系是負相關(guān)的,溫度升高通常導致頻率降低。
為了解決普通晶振的溫度漂移問題,誕生了溫補晶振。
工作原理:TCXO內(nèi)部包含一個溫度傳感器和一個補償電路。溫度傳感器實時監(jiān)測環(huán)境溫度,補償電路會根據(jù)溫度變化產(chǎn)生一個與晶體頻率漂移趨勢相反的電壓,施加在晶體或變?nèi)荻O管上,從而將輸出頻率“拉回”到標稱值。
效果:一個設計良好的TCXO可以將頻率隨溫度的變化控制在 ±0.5 ppm 甚至更小的范圍內(nèi)。
結(jié)論:對于TCXO,其設計目標就是讓輸出頻率不隨溫度變化。所以溫度升高,其輸出頻率基本保持不變。
對于穩(wěn)定度要求極高的應用,如基站、導航系統(tǒng)等,會使用恒溫晶振。
工作原理:OCXO將石英晶體和一個溫控電路放置在一個隔熱恒溫槽內(nèi)。這個恒溫槽通過加熱將晶體始終維持在其頻率-溫度曲線的零溫度系數(shù)點(通常是85°C ~ 90°C)。
效果:無論外部環(huán)境溫度如何劇烈變化,晶體本身始終處于一個恒定且最佳的溫度下,從而實現(xiàn)了極高的頻率穩(wěn)定度(可達 ±0.1 ppb 級別)。
代價:OCXO的缺點是功耗大、啟動慢、體積大且成本高。
結(jié)論:對于OCXO,外部溫度變化對其輸出頻率幾乎沒有影響。
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