晶振年老化率测试方法

无论是电脑主板、通信设备，还是智能手表，都离不开晶振的精准频率。无论多么精密的晶振，都会随时间发生“频率漂移”。这种随时间推移产生的不可逆频率变化，被称为年老化率。

晶振年老化率概述

晶振的年老化率指在恒定环境(温度、负载、电源)下，频率每年发生的长期漂移量。常用单位是ppm/年。

假设一颗10MHz的晶振的老化率为±3ppm/年，一年后的频率可能偏移 ±30Hz。

老化率的原因主要有：

晶体材料中的应力逐渐释放;

封装内杂质、气体或水汽影响;

电极老化或迁移;

长期工作下的能量冲击和驱动功率累积效应。

为什么老化率很重要?

对于普通消费电子产品，几ppm的年老化率往往影响不大。但在以下领域，老化率却是关键指标：

通信系统：基站、卫星通信需要长期保持同步;

导航定位：GPS接收机需要稳定时钟保证精度;

高精度仪器：如频率计、光通信设备，要求长期频率稳定;

物联网设备：低功耗设备无法频繁校时，必须依赖自身晶振的稳定性。

年老化率的测试方法

通过长时间记录晶振频率变化，并与高精度参考源对比，得到漂移速率。

1参考源对比法

设备：GPS 授时标准源、铷钟、或高稳恒温晶振OCXO作为参考。

步骤：

将晶振输出接入频率计，参考输入接入高精度时钟;

在恒温条件下，定时采集数据(如每10分钟一次，持续数周或数月);

对频率随时间的变化做线性回归，得到年化老化率。

2加速老化测试

在高温高湿环境下放置，模拟长期使用。快速暴露潜在老化问题，结果用于对比，不直接等同于实用老化率。

根据计算与测试结果，KOAN 晶振(涵盖谐振器至恒温晶振)均具备至少 15 年的可靠工作寿命。老化试验温度：105±5℃和85±5℃，每个温度时间：250±12小时，实验结束后24±2小时内进行电性能测试。

晶体谐振器: 1年老化-1ppm左右(2max)

晶体振荡器: 1年老化-1.5ppm左右(3max)

降低晶振年老化率的参数与方法

为了获得更低的老化率，可从晶振本身、封装工艺、电路设计和工作环境进行优化：

1晶体参数

切型：SC切晶体比AT切晶体更稳定，应力更。

频率高低：低频晶体通常比高频晶体更稳定。

驱动功率：过高的驱动功率会加速电极迁移。

2封装与制造工艺

密封质量：金属封装、气密性好可减少湿气和污染对老化的影响。

真空或惰性气体封装：减少内部污染，提高长期稳定性。

电极材料：稳定的金或钼/金复合电极更抗迁移。

3电路与工作条件

恒温控制：可有效降低温度应力引起的频率漂移。

供电稳定度：避免电源波动引起频率变化。

负载电容稳定性：保持无源晶体的负载电容恒定。

4环境与应用条件

温度波动：恒温环境降低应力释放导致的漂移。

湿度：低湿环境和稳定封装防止电极腐蚀。

机械应力：减少长期振动或冲击，降低老化率。

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