bliley石英晶体BQCSA-75MF-DCDGT老化和提高系统性能的反直觉技巧
bliley石英晶体BQCSA-75MF-DCDGT老化和提高系统性能的反直觉技巧
晶体老化和提高系统性能的反直觉技巧
频率控制器件或振荡器最常见的配置之一是调整电压以维持系统内的频率锁定。在这些类型的系统中，与振荡器相关的频率误差会对系统性能产生不利影响。在最极端的情况下，当无法保持良好的频率锁定时，它实际上可能导致整个系统故障。但是，这种频率误差的主要原因是什么？为了确保高水平的系统性能，我们应该在石英晶体振荡器中寻找什么？
频率误差的主要原因
有四个主要驱动因素导致振荡器的频率误差：
1，晶体老化
2，频率与温度的关系
3，频率与电源的关系
4，频率与负载的关系
在这四个驱动因素中，石英晶振晶体老化是最常见的失效模式之一。非常简单地说，晶体老化用于描述由环境或晶体本身的变化引起的长期频率变化。一个很好的类比是试一双新鞋。刚开始时，适应度会变化得更快，但最终他们会适应下来，感觉很棒！晶体老化有两种，正老化和负老化。当污染物被赶出石英晶体时，发生正老化。相反，当污染物进入石英晶体时，会发生负老化。
如何测量晶体老化
那么，如何测量晶体老化？频率控制专家如何确保它不会成为系统的问题？
与晶体老化相关的性能要求保持在美国政府发布的军用规范。满足老化要求的典型流程是对振荡器进行老化，将器件放入老化系统中，每天进行多次测量，然后绘制这些测量值，并与mil晶体老化标准进行比较。
利用这些测量值，频率控制制造商可以预测其设备在长达20年甚至更长时间的系统整个生命周期内的老化率。
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作为晶体老化因素的污染影响晶体老化速度的因素有很多。其中最主要的是密封在谐振器封装内的污染物数量。可以想象，在振荡器封装内部，电气连接、机械连接和晶体坯本身之间有几个接口边界。这些界面中的每一个都是将新污染物引入包装的机会。
在构成谐振器本身的材料中可以发现潜在的排气或污染来源。事实上，密封包装的行为也会引入不希望的污染源。例如，石英是一种吸气剂，容易吸收水分，这对真空密封封装极为不利。
这就是为什么在高质量频率控制设备的制造过程中湿度被严格控制的原因。避免过多水分的一些常见步骤包括在氮气干燥箱中储存和处理元件、氢气烧制以及在高真空和高温下密封最终谐振器。
例如，在BG61振荡器目前正在探索冥王星的新视野号飞船上飞行，SMD石英晶振晶体在高真空下密封前在高温真空下保持了大约一周。BG61是公认的宇宙中最稳定的晶体！很想知道这有多稳定...嗯，它是十亿分之0.0001ppb或0.00000000001。说到数十亿，Bliley的超稳定晶体现在距离地球50亿英里！
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提示:缩小温度范围以提高系统性能那么，设计师可以做些什么来避免晶体老化的负面影响呢？一种反直觉的设计方法是降低振荡器所需的温度范围。
一种常见的系统工程方法是在元件选择中留出余量，以确保系统级性能。如果系统必须在-20至70摄氏度的温度范围内工作，系统工程师很自然会说“我要缓冲一下，并在-40至85摄氏度的整个温度范围内确定振荡器的规格。”
工程师认为他们会得到一个更好的零件，因为它将能够在更大的温度范围内工作。然而，这迫使频率控制制造商确保其组件必须在高达95C的温度下工作。这些高温会加速老化（增加频率误差）并降低设备的MTBF或平均故障间隔时间。
最初试图获得性能优异的零件，结果却获得了性能不佳且使用寿命可能缩短的零件。
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