低温及低温高湿环境下的晶振选型分析
创始人
2025-12-26 08:08:40
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冬季冷启动、雨雪天气、沿海地区以及隧道、冷链设备等场景中,晶振不仅要承受温度冲击,还要面对湿度和冷凝带来的可靠性挑战。今天,凯擎小妹和大家聊一聊低温及低温高湿环境下晶振所面临的影响,以及相应的选型思路。

低温环境

在低温环境中,晶体及振荡回路的关键参数会发生明显变化:

  • 起振能力下降:温度降低会导致晶体等效串联电阻ESR升高,振荡回路启动裕量减小,起振时间延长;
  • 频率偏移增大:普通晶振的频率随温度变化明显,在低温区间更容易超出系统允许范围;
  • 振荡幅度降低:低温影响晶体机械振动效率,使输出振幅下降,降低系统容错能力。

低温高湿环境

在实际应用中,低温往往伴随高湿度出现,例如冬季户外、沿海地区和冷链设备。低温高湿环境的核心风险在于结露。对晶振的影响主要体现在以下几点:

  • 起振风险叠加:低温导致ESR升高,高湿度引入漏电流,使振荡回路更容易失效;
  • 频率稳定性下降:低温瞬时频偏与湿气侵入导致的长期漂移同时存在;
  • 冷凝引发瞬态异常:冷凝水可能导致引脚短暂导通,引发振荡异常或系统复位;
  • 长期可靠性受损:水汽加速引脚和焊点的电化学腐蚀。

普通晶振

普通时钟晶振通常指不具备温度补偿或恒温控制功能的时钟源,包括常见的普通时钟晶振或无源晶体方案。

低温环境下:

  • 低温导致晶体ESR升高,起振时间延长,冷启动裕量较小;
  • 频率随温度变化明显,低温区间频偏可达±30~±50ppm;
  • 振荡幅度下降,时钟信号电压摆幅变小,使后级芯片在噪声和环境干扰存在的情况下,更容易出现时钟识别不稳定的问题。

低温高湿环境下:

  • PCB表面漏电和封装防潮能力有限,易放大起振问题;
  • 冷凝可能引发瞬态振荡异常或系统复位;
  • 长期运行中,频率漂移和一致性问题逐渐显现。

高精度晶振

高精度时钟晶振通常指具备温度补偿或恒温控制能力的时钟源。高精度时钟晶振更适合低温、低温高湿或频繁冷热变化环境,以及对通信同步、计时精度和长期稳定性有较高要求的系统。

1 - 温补晶振(KOAN-TCXO系列):

  • 通过内部温度补偿电路,有效抑制低温引起的频率漂移;
  • 典型频率稳定度可达±0.5~±2.5ppm;
  • 有源振荡结构,低温起振能力更强;
  • 在低温高湿环境中,频率稳定性和一致性明显优于普通晶振。

2 - 恒温晶振(KOAN-OCXO系列):

  • 内部恒温控制,晶体始终工作在最佳温度点;
  • 几乎不受外界低温和湿度变化影响;
  • 频率稳定度达到ppb级,长期漂移极小;
  • 相位噪声和抖动性能极佳。

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