晶振的频率精度、稳定度及长期稳定度

晶振（xtal）属于精密频率元件，可提供稳定、精确的频率信号。但由于切片工艺、补偿方式和电路结构不同，晶振的频率特性也个不相同，选型时必须考虑三个重要参数：频率精度、频率稳定度和长期稳定度。

1. 频率精度

频率精度(Frequency Tolerance)即调整频差，是晶振在常温环境下(+25℃)的输出频率fx和中心标称频率f0之间的偏差。

该参数受晶片材料和环境影响较大，一般大小在几个ppb至±100ppm范围内。常见晶振的频率精度如下：
xtal晶体谐振器：50ppm
热敏晶振（thermistor xtal）：±10ppm
VCXO压控晶振：±20ppm
TCXO温补晶振：±0.2ppm左右
OCXO恒温晶振：几个ppb

例如，泰晶科技的T2520热敏晶振（xtal）的25°C频率精度和-30°C ~ +85°C工作温度范围的频率稳定度均达±10ppm，这已经达到了晶振振荡器（XO）的精度，还可根据用户需求定制更高精度的产品。

图1. 晶振的频率温度特性：频率精度、稳定度及老化性能

实际应用中，晶振精度有可能受电压变动有±1ppm的影响，焊接温度变化有±5ppm的影响，机械振动与冲击有±3PPM的影响，杂散电容有10~20ppm及以上的影响，工作环境温度有5~20ppm的影响。因此，选型时需要留10ppm裕量，如需要±30ppm频率精度时，一般选择频率精度为±20PPM的晶振。

2. 频率稳定度

晶振的频率稳定度(Frequency Stability)通常指的是温度稳定度，即温度频差，这是衡量晶振的输出频率在工作过程中由于温度变化而可能发生变化的短期稳定性指标。如果频率漂移超出了应用程序的预期，定时误差可能会出现。

在所有晶振中，OCXO恒温晶振的频率稳定度最高，可达到ppb级别（10-9），TCXO温补晶振的稳定度在1ppm以下，普通晶振的稳定度在100ppm以内。而原子钟的稳定度更高，一般在10-11以上。

对于智能手机、GPS模块、WIBRO、DMB、转发器等通信应用，一般要求±1ppm以下的稳定性，这就要采用TCXO类温补晶振。如惠伦晶体的TC2016温补晶振采用热敏电阻进行温度补偿，稳定度可达±0.5 ppm Max.。

3. 长期稳定度

长期稳定度(Frequency Aging)指的是年老化率，一般为±3ppm/年(第一年，常温25℃条件下)，后续趋于稳定。

图3. 晶振的频率稳定度与温度、电源、负载、老化等因素有关

例如，惠伦晶体的TC2016温补晶振（TCXO）首年老化率不超过±1.0 ppm。泰晶科技的T2520热敏晶振（xtal）首年老化率不超过±1.0 ppm。

晶振经过长时间缓慢老化，会导致输出频率缓慢漂移。由于大部分晶振厂家的datasheet只提供了25℃下老化一年的数据，对于涉及到工业类应用，用户可向供应商索取更高温度下老化10年的数据，因为晶振参数是可以定制的。

作者：硬之城Allchips， 来源：面包板社区