Geyer扩展温度范围内的音叉晶体

在物联网领域，以及汽车行业的变化，越来越多的应用和用户也要求扩大时钟石英晶振的温度范围。虽然-40°C至+85°C已经是标准，但105°C甚至125°C的要求已不再罕见。这些温度通常对石英晶振的纯功能没有问题，但在使用钟表石英或音叉石英晶体的设计中需要特别注意。例如，汽车应用要求非常高的精度，这对音叉晶振制造商来说是一个挑战，在扩展的温度范围内。
可以看出，对于具有AT切割（最常见的石英切割）的石英晶振来说，工作温度并不重要，但对于音叉石英晶体来说，工作温度会很快导致很大的偏差。音叉晶振的热特性在设计中经常被忽视或考虑不足，导致应用故障和用户不满。然后，石英被错误地归因于质量差，尽管它完全符合数据手册中规定的规格。

基础：
音叉石英的温度响应（相对于温度的频率偏差）由以下公式描述：偏差[ppm]=-PC[ppm/°C2]·（t-T0）2±10%在坐标系中，这对应于一个向下打开的抛物线，顶点在T0=25°C±5°C（参考温度），如图2所示。抛物线系数PC（抛物线系数），例如-0.035，在数据手册中给出，代表抛物线“陡度”的度量。它是手表石英温度行为的最重要参数。该参数也受到公差的影响，例如。B.±10%。

影响：
可以看出，当你在操作过程中偏离参考温度时，石英总是会跟随，而且离25°C越远，石英就会跟随得越多。在这种情况下，在+125°C时，典型值为-350ppm；如果包括所有公差（例如负载容量），它可以变得更大。

在手表石英只使一个控制器在待机状态下保持活力的应用中，这可能无关紧要。但是，如果应用程序是在精确的时间基础上或RTC（实时时钟），即使是最小的时间误差也会在一年中大量增加。几十分钟并不少见！

选择精度较高的石英晶体通常不会产生预期的效果，因为基本精度的指示是指+25°C。因此，基本曲线不变。

基于硬件的解决方案，例如。B.通过调整负载电容或“平均”温度曲线，只有在狭窄的温度范围内才有希望（例如手表）。

对于依赖于精确时基的应用，或如果需要更长时间的精确定时（例如计量/消耗记录），则必须用软件补偿典型的温度曲线，同时定期将时间与任何类型的主机（数据采集器，无线电时钟，人）同步。只有这样，应用程序才能正确可靠地运行。

不同负载容量的时钟石英
为了确定低负载容量石英的优点，分别对12.5 pF和12.5 pF的两个时钟石英进行了研究。7 pF。74HCU04用作振荡器IC。如表1所示，具有低负载容量的石英具有优势。

然而，一个缺点是不容忽视的：由于负载容量低，带有7-pFQuarz的振荡器电路对电路的元件公差更敏感。
复杂的应用和趋势

然而，在很短的时间内暴露在最大和最频繁的温度波动中的应用可以在汽车领域找到。这些部件是专门制造的，具有多个连接点，并通过AEC-Q200认证，因此它们能够承受振动和冲击条件。盖耶电子很早就开始应对汽车行业的严格要求，多年来一直为这一市场部门提供手表石英。

该行业的趋势也是手表时钟晶振越来越小的外壳，这当然是对石英晶体性能（驱动电平）和谐振电阻的进一步挑战。

虽然较小的设计意味着较小的石英负载能力（驱动电平）和较高的谐振电阻，但温度特性在小型化过程中不会改变。对于制造商和用户来说，这仍然是一个技术上具有挑战性的挑战，因为一些应用程序需要的恰恰相反。内置散热器的恒温器，太阳能逆变器和类似的产品组也需要较小的时钟石英和较低的负载电阻。

对于更高的温度稳定性要求，Geyer Electronics提供32.768KHz温度补偿振荡器作为替代，例如。B.在KXO-V32T（3.2mm×1.5mm）或KXO-V32T（3.2mm×1.5mm）贴片晶振的工业温度范围内为20或10ppm。KXOV93T（1.6 mm×1.2mm）。
钟表石英的替代品


从表2（例如，KXO-V32T）中可以看出，替代晶体振荡器的功耗仅为1µA，在温度和工作电压范围内的频率偏差比时钟石英小得多，因此可能是某些应用的更好选择。
在过去的几年里，半导体行业面临着不同性质的特殊挑战，而且只是缓慢复苏，手表并没有停滞不前--消费品，物联网和数据世界，特别是汽车工业的快速发展也提高了手表石英的技术和物流要求。盖耶电子很早就将这些要求引入钟表石英的生产中。