四个主要驱动因素会导致晶体振荡器出现频率误差

频率控制设备或晶体振荡器常见的配置之一是调整电压以保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。在极端的情况下，当无法保持良好的频率锁定时，实际上会导致系统完*失效。

但是这种频率误差的主要原因是什么，我们应该在振荡器中寻找什么来确保高水平的系统性能？

有四个主要驱动因素会导致晶振荡器出现频率误差。

晶体老化

频率与温度

频率与供应

频率与负载

在这四种驱动因素中，晶体老化是常见的故障模式之一。很明显，晶体老化用于描述由环境或晶体本身的变化引起的随时间发生的长期频率变化。一个很好的比喻是穿一双新正装鞋。刚开始时合身会更快地改变，但终他们会适应并感觉很棒！

水晶时效有正时效和负时效两种。当污染物被赶出石英晶体时，就会发生正老化。相反，当污染物进入石英晶体时，就会发生负老化。

那么如何测量晶体老化，频率控制*家正在做些什么来确保它不会成为系统中的问题？

满足老化要求的典型过程是对振荡器进行老化测试，将部件放入老化系统中，每天对其进行多次测量，然后绘制这些测量值并与有关晶体老化的 mil 标准进行比较。使用这些测量，频率控制制造商可以预测其设备在系统整个生命周期内的老化率，长可达 20 年甚至更长。

影响晶体老化速度的因素有很多。其中主要的是密封在谐振器封装内部的污染物数量。可以想象，在振荡器封装内部，电气连接、机械连接和晶体毛坯本身之间存在多个接口边界。这些界面中的每一个都是将新污染物引入封装的机会。在构成谐振器本身的材料中可以找到潜在的释气或污染源。事实上，密封包装本身也可能引入有害的污染源。例如，石英是一种吸气剂，很容易吸收水分。当然，水分对真空密封的包装不利。所以，高品质变频设备的制造过程中严格控制湿度。一些常见的避免水分过多的步骤包括在氮气干燥箱中存储和处理组件、氢气燃烧以及在高真空和高温下密封终谐振器。

那么设计师可以做些什么来使自己免受有源贴片晶振老化的负面影响呢？

一种违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您的组件选择中留出余量，以确保系统级性能。如果系统必须在 -20 到 70 摄氏度的温度范围内运行，系统工程师自然会说“我要在 -40 到 85 摄氏度的整个温度范围内缓冲和规范振荡器”。工程师认为他们会得到更好的部件，因为它能够在更大的温度范围内运行。然而，这迫使频率控制制造商确保其组件必须在高达 95C 的温度下运行。这些升高的温度将加速老化（增加频率误差）并降低设备的 MTBF 或平均故障间隔时间。

下次您在晶体、OCXO、VCXO或TCXO 中进行设计时，请记住老化对整体时钟性能的影响以及您可以在设计中进行补偿的方式。