技術(shù)知識(shí)：評(píng)估晶振的穩(wěn)定度，就看這5大指標(biāo)

你選的晶振夠“穩(wěn)”嗎？
頻差 丨 溫漂 丨 老化 丨 相噪 丨 抖動(dòng)
五大指標(biāo)評(píng)估晶振穩(wěn)不穩(wěn)！

晶振是電子系統(tǒng)時(shí)序的基準(zhǔn)，一旦不穩(wěn)定，容易引發(fā)通信丟包、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、時(shí)序混亂，甚至整機(jī)宕機(jī)，帶來嚴(yán)重后果。
那么，問題來了：
· 如何判斷一顆晶振是否夠穩(wěn)？
· 數(shù)據(jù)手冊(cè)里哪些參數(shù)是關(guān)鍵？
今天，小揚(yáng)就給您傳授一套：
“晶 振 穩(wěn) 字 訣”
拆解數(shù)據(jù)手冊(cè)里的五大關(guān)鍵指標(biāo)，
助您科學(xué)選型、系統(tǒng)穩(wěn)穩(wěn)運(yùn)行，
工程師也能收獲“穩(wěn)穩(wěn)的幸福”~

01 頻率容差
關(guān)鍵詞：出廠時(shí)準(zhǔn)不準(zhǔn)？
頻率容差，也叫初始頻率精度，是晶振出廠時(shí)頻率與標(biāo)稱值之間的偏差。
這是數(shù)據(jù)手冊(cè)中的關(guān)鍵指標(biāo)之一，通常標(biāo)注為Frequency Tolerance，可以說是判斷晶振“穩(wěn)不穩(wěn)”的第一關(guān)。

圖：YXC數(shù)據(jù)手冊(cè)—頻率容差（黃色標(biāo)亮）
＞ 指標(biāo)定義
· 定義：在標(biāo)準(zhǔn)測試條件（通常25℃、額定電壓、標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載）下，晶振實(shí)際輸出頻率與標(biāo)稱頻率的最大偏差。
· 單位：±PPM (百萬分之幾)。數(shù)值越小，晶振出廠時(shí)越精準(zhǔn)，系統(tǒng)對(duì)頻也越快。
＞ 選型建議
· 系統(tǒng)是否能在首次上電時(shí)就“對(duì)頻對(duì)得準(zhǔn)”，很大程度取決于晶振的出廠頻率準(zhǔn)確度。
· 對(duì)于需要開機(jī)即穩(wěn)定運(yùn)行的通信模組、電表等應(yīng)用，尤其要關(guān)注這一參數(shù)。
02 頻率溫度穩(wěn)定性
關(guān)鍵詞：冷熱變化下穩(wěn)不穩(wěn)？
頻率溫度穩(wěn)定度，又稱溫度頻差，數(shù)據(jù)手冊(cè)常用“Frequency v.s. Temperature”表示。
它體現(xiàn)晶振抵抗溫度變化導(dǎo)致頻率漂移的能力，是評(píng)估其能否在寬溫環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。
＞ 指標(biāo)定義
· 定義：整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，輸出頻率相對(duì)于25℃標(biāo)稱頻率的最大偏移。
· 單位：通常用±PPM表示。另外，恒溫晶振也常用±PPB表示，1PPM=1000PPB。
＞ 選型建議
· 標(biāo)準(zhǔn)晶振：
① 溫偏：±10ppm ~ ±30ppm
② 應(yīng)用：適合常溫或溫差變化不大的室內(nèi)環(huán)境，適用于消費(fèi)電子、一般工業(yè)控制等領(lǐng)域，能平衡頻率穩(wěn)定性和成本，滿足大部分基礎(chǔ)需求。

· 溫補(bǔ)晶振（TCXO）：

① 溫偏：±0.1ppm ~ ±2.5ppm
② 應(yīng)用：內(nèi)置溫補(bǔ)電路，抗溫漂能力強(qiáng)。適合戶外、車載等溫差大的環(huán)境，是定位、通信等領(lǐng)域的常用選擇。
· 恒溫晶振（OCXO）：
① 溫偏：±0.01ppb ~ ±500ppb
② 應(yīng)用：內(nèi)建恒溫系統(tǒng)，溫漂極小。專用于北斗授時(shí)、5G 基站、精密儀器等對(duì)頻率精度極致追求的場景。

03 老化率
關(guān)鍵詞：用久了會(huì)不會(huì)“漂”？
晶振運(yùn)行久了也會(huì)“老去”。
老化率，是衡量晶振在長期運(yùn)行中頻率漂移趨勢的關(guān)鍵指標(biāo)，數(shù)據(jù)手冊(cè)通常標(biāo)注為Aging，影響系統(tǒng)長期穩(wěn)定性。

圖：YXC數(shù)據(jù)手冊(cè)—老化率（黃色標(biāo)亮）
＞ 指標(biāo)定義
· 定義：晶振在長期連續(xù)工作后，會(huì)因晶體結(jié)構(gòu)變化而“老化漂移”，輸出頻率發(fā)生累積性、不可逆漂移。
· 單位：通常關(guān)注年老化率，±PPM/年（也有按月或天標(biāo)注）。
＞ 選型啟示
· 高品質(zhì)晶振首年老化率一般為 ±1ppm ~ ±3ppm，通常首年漂移較大，之后趨于穩(wěn)定，OCXO 更可做到ppb級(jí)別。
· 對(duì)于通信基站、智能電表、工業(yè)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等長周期運(yùn)行、無人值守設(shè)備，建議優(yōu)先選用低老化率的晶振。

04 相噪和抖動(dòng)
關(guān)鍵詞：信號(hào)干不干凈？
時(shí)鐘信號(hào)不僅要“準(zhǔn)”，更要“純凈”。高速通信和精密測量中，信號(hào)的顫抖和雜波都會(huì)帶來隱患。
相位噪聲和抖動(dòng)是衡量晶振信號(hào)純凈度的關(guān)鍵指標(biāo)，直接影響傳輸質(zhì)量和抗干擾能力。
＞ 指標(biāo)定義
① 相噪（Phase Noise）：
· 定義：頻域中衡量時(shí)鐘信號(hào)純凈度的指標(biāo)，表示頻率周圍的隨機(jī)相位擾動(dòng)，反映信號(hào)在頻譜上的相位不穩(wěn)定性。
· 單位：dBc/Hz。數(shù)值越低，表明信號(hào)頻譜越純凈，抗干擾能力越強(qiáng)。
②抖動(dòng)（Jitter）：
· 定義：時(shí)域中衡量時(shí)鐘信號(hào)邊沿時(shí)間不確定性的指標(biāo)，表示實(shí)際時(shí)鐘邊沿與理想位置之間的時(shí)間偏差。
· 單位：皮秒（ps）或飛秒（fs）RMS。數(shù)值越小，信號(hào)越穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸越可靠。
＞ 選型建議
· 對(duì)PCIe、SerDes、ADC/DAC等高速串行接口，低抖動(dòng)能提升眼圖質(zhì)量、降低誤碼率，建議優(yōu)先選擇差分輸出晶振（LVDS、LVPECL、HCSL）。
· 在5G通信、相控陣?yán)走_(dá)、高精度視覺測量等對(duì)信噪比要求極高的場景，應(yīng)優(yōu)先選擇低相噪的高性能晶振，如TCXO、VCXO、 OCXO等。