快來看看關于晶振老化還有哪些不知道的事
來源：http://www.ytxiaoping.cn 作者：金洛鑫電子 2019年04月24
在老化下，石英晶振被理解為特性隨時間的依賴性，特別是諧振頻率的依賴性。衰老并不意味著短期穩定性，這是一小部分時間間隔內頻率的統計變化。石英晶體的長期頻率漂移（老化）是由幾個原因引起的：
與材料有關的老化：
石英晶體的性質和結構的長期變化會影響石英晶體的固有頻率。這些是晶格中的位錯，摻入的外來原子（雜質）的遷移，通過繁殖太快而在合成石英晶體中發生的機械應力。
與設計相關的老化：
石英晶體設計用于高機械應力，需要在貼片振蕩器外殼中非常堅固地安裝石英盤。這種剛性支撐在諧振器上施加機械力。必須接受產生的頻率變化。對頻率穩定性要求很高，支架的設計使其盡可能不影響石英晶體的頻率。然而，這些晶體對外部機械應力非常敏感。對于正常應用，尋求兩個極端之間的折衷。重要的是石英晶體外殼的氣密封閉，以防止氣體和蒸汽從周圍大氣進入。例如，水蒸氣擴散到晶格中產生大約F/f=10-8...10-9/h的負頻率漂移。氧化或腐蝕性外來氣體具有類似的影響。塑料可透過水蒸氣。因此，石英晶體外殼只有密封的金屬外殼，陶瓷或玻璃外殼。
與制造相關的老化：
由于生產過程和影響，頻率變化是不確定的。這些影響的回歸對老化具有影響，具有相對短且可影響的時間常數。這里提到：通過機械加工（研磨，拋光）對晶格的干擾。電極材料的重結晶和電極材料擴散到晶格中。石英諧振器的應變通過安裝系統和諧振器（導電粘合劑）在支架中的連接。
通過優化工藝可以最大限度地減少與生產相關的老化，并且可以通過穩定措施縮短穩定階段。這些穩定化的引入和廣泛完成是專業石英晶體制造過程的一部分。在低成本的石英批量生產中，這種穩定性并不總是完成。老齡化是一個穩定的過程，其中所有上述因素或多或少都涉及到。一些因素會影響他們的均衡。
圖2.43頻率不穩定的穩定性
國家經過相對較短的時間，其他人只是經過很長一段時間。外部影響，沖擊，振動，溫度沖擊，電氣過載可能會干擾穩定過程或啟動新的老化過程（“重新進入”）。制造過程造成的影響通常會在很短的時間內（一到兩天）消失到可忽略不計的殘留誤差。這些因素可能導致頻率變化的不同方向（圖2.44）。
圖2.44老化影響變量
影響衰老的因素（圖2.44）：
A）自然老化，在磨合狀態下老化。
B）具有負頻率變化的分量，例如，應力分量導致正方向的頻率變化。通過均衡電壓，頻率現在返回其較低的輸出值。
C）正頻率變化的分量。
D）所有頻率變化的總和。
E）在測量的第一天之后與測量值相關的所有頻率變化的總和。
通過磨煉可以加速磨合過程。老化A）不受影響。為了消除壓力，溫度變化可能是有益的。這種預熱過程不是老化的一部分。磨合過程應在老化開始之前或在施加石英晶體諧振器之前完成。穩定后剩余頻率的時間變化（有時稱為自然老化）正在老化。然而，在實際操作中，一次又一次地產生少量機械應力，這導致重新再循環。見2.12.12恢復頻率。
頻率變化的大小可以是大規模生產的石英，在f/f-10-6的范圍內。對于精密石英，老化范圍從f/f-10-9。泛音晶體具有較小的老化，因為與相同頻率的地面石英晶體相比，諧振器的表面與其體積相比更便宜。因此，泛音諧振器用于精密應用。開啟狀態下的老化，長期老化，可以用公式（22）很好地近似來描述：
如果老化與第一天的讀數有關，則可以簡化等式：
關于阿爾罕ius規定的有效性，我們可以介紹:
這使我們的老化與石英晶體的溫度有關：
T=溫度K.對于每種類型的石英，確定活化能E.該表的計算結果為E/R=1018。
假設E/R=1018，老化的增加約為每10℃10％。對于粗略計算，可以假設在85°C下老化超過30天對應于25°C時一年內的頻率變化。根據DIN45103標準化的老化測試規定貼片石英晶振在85℃的溫度下儲存30天。第三天和第一天之后的頻率測量值之間的差異我們稱之為老化A（假設石英晶體已經被打破）。
由于老化的對數過程，諸如“老化小于0.1ppm/天”的指示是沒有意義的，除非在當天應該進行指定，例如在石英的交付時或在6個月的提前期之后。最好指定根據DIN45103在測量條件下確定的值。在這些條件下測量的0.5至2ppm的老化值在串聯生產的石英中是常見的。對于精密石英，實現了10-9的值。
圖2.45老化，系列生產的振動石英的測量結果
晶振的老化幾乎是不可避免的，但正常使用下的晶體和振蕩器可以無限使用，即使每年都會損耗一點。目前低功耗，低損耗的晶振是各大制造商研發的方向，目前市場上的石英晶體和振蕩器幾乎都可以達到這兩大要求。而且體積越小老化率就越低，如1612晶振，1610晶振，1210晶振等均已實現±1ppm的老化率。
與材料有關的老化：
石英晶體的性質和結構的長期變化會影響石英晶體的固有頻率。這些是晶格中的位錯，摻入的外來原子（雜質）的遷移，通過繁殖太快而在合成石英晶體中發生的機械應力。
與設計相關的老化：
石英晶體設計用于高機械應力，需要在貼片振蕩器外殼中非常堅固地安裝石英盤。這種剛性支撐在諧振器上施加機械力。必須接受產生的頻率變化。對頻率穩定性要求很高，支架的設計使其盡可能不影響石英晶體的頻率。然而，這些晶體對外部機械應力非常敏感。對于正常應用，尋求兩個極端之間的折衷。重要的是石英晶體外殼的氣密封閉，以防止氣體和蒸汽從周圍大氣進入。例如，水蒸氣擴散到晶格中產生大約F/f=10-8...10-9/h的負頻率漂移。氧化或腐蝕性外來氣體具有類似的影響。塑料可透過水蒸氣。因此，石英晶體外殼只有密封的金屬外殼，陶瓷或玻璃外殼。
與制造相關的老化：
由于生產過程和影響，頻率變化是不確定的。這些影響的回歸對老化具有影響，具有相對短且可影響的時間常數。這里提到：通過機械加工（研磨，拋光）對晶格的干擾。電極材料的重結晶和電極材料擴散到晶格中。石英諧振器的應變通過安裝系統和諧振器（導電粘合劑）在支架中的連接。
通過優化工藝可以最大限度地減少與生產相關的老化，并且可以通過穩定措施縮短穩定階段。這些穩定化的引入和廣泛完成是專業石英晶體制造過程的一部分。在低成本的石英批量生產中，這種穩定性并不總是完成。老齡化是一個穩定的過程，其中所有上述因素或多或少都涉及到。一些因素會影響他們的均衡。
圖2.43頻率不穩定的穩定性
圖2.44老化影響變量
A）自然老化，在磨合狀態下老化。
B）具有負頻率變化的分量，例如，應力分量導致正方向的頻率變化。通過均衡電壓，頻率現在返回其較低的輸出值。
C）正頻率變化的分量。
D）所有頻率變化的總和。
E）在測量的第一天之后與測量值相關的所有頻率變化的總和。
通過磨煉可以加速磨合過程。老化A）不受影響。為了消除壓力，溫度變化可能是有益的。這種預熱過程不是老化的一部分。磨合過程應在老化開始之前或在施加石英晶體諧振器之前完成。穩定后剩余頻率的時間變化（有時稱為自然老化）正在老化。然而，在實際操作中，一次又一次地產生少量機械應力，這導致重新再循環。見2.12.12恢復頻率。
頻率變化的大小可以是大規模生產的石英，在f/f-10-6的范圍內。對于精密石英，老化范圍從f/f-10-9。泛音晶體具有較小的老化，因為與相同頻率的地面石英晶體相比，諧振器的表面與其體積相比更便宜。因此，泛音諧振器用于精密應用。開啟狀態下的老化，長期老化，可以用公式（22）很好地近似來描述：
關于阿爾罕ius規定的有效性，我們可以介紹:
這使我們的老化與石英晶體的溫度有關：
T=溫度K.對于每種類型的石英，確定活化能E.該表的計算結果為E/R=1018。
| 石英型 | K0 | ）F/F;1年;25°Cmax（實用值） |
| 精度，3.Obt。 | bis0,1A10-6 | 0,02A10-6 |
| HC-6/U(Prof.) | bis2A10-6 | 0,5A10-6 |
| HC-18/U(Cons.) | bis7A10-6 | 1A10-6 |
| AT-Stab-Quarz | bis10A10-6 | 2A10-6 |
由于老化的對數過程，諸如“老化小于0.1ppm/天”的指示是沒有意義的，除非在當天應該進行指定，例如在石英的交付時或在6個月的提前期之后。最好指定根據DIN45103在測量條件下確定的值。在這些條件下測量的0.5至2ppm的老化值在串聯生產的石英中是常見的。對于精密石英，實現了10-9的值。
圖2.45老化，系列生產的振動石英的測量結果
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