冬季低温对晶振的影响及解决方案

冬季寒风带来的低温不仅增加人们的感冒风险，还对一些户外电子产品产生不可忽视的影响，特别是晶振的正常工作。本文将深入分析低温对晶振的影响，并提供解决方案，以确保电子产品在寒冷季节中的可靠性和稳定性。

1. 晶振核心组成及温漂现象

晶振的核心部分是石英晶片，利用压电物理效应作为频率元件的材料。尽管石英晶体在输出频率上稳定精准，但它也具有“温漂”特性。这意味着在振动过程中，石英晶片会随着工作温度的变化而发生频率的变化，呈现出“S”型轨迹，在低温条件下会出现一个拐点。

温漂现象

2. 温度频差与电气参数

晶振的电气参数中，除了标称频率，还有一个重要的参数是“温度频差”。该参数表示晶振在特定温度范围内的频率偏移。例如，对于SMD3225 26MHz的晶振，若工作温度在-20℃~+70℃范围内，其频差范围可控制在25.999220MHz~26.000780MHz之间。如果CPU对晶振的精度要求高，低于零下20℃的工作温度可能导致系统瘫痪。

3. 低温引起的停振现象及解决方案

在极端低温下，晶振可能彻底停振，主要是由于制造不合格导致的。不合格的晶振封装可能导致气密性不足，或者在制造过程中未采取真空抽气和充注氮气的步骤。这可能导致晶振内部残留固体颗粒和水蒸气，在低温下形成小水滴，导致晶振故障。解决方案为选择高制造工艺水平晶振，确保晶振制造符合标准。

4. 解决方案和预防措施

为确保电子产品在冬季低温环境下正常运行，可采取以下措施：

更换宽温晶振，适用于-40℃~+85℃的工作温度范围。对IC进行调整，扩大其对晶振频率的捕捉范围。控制晶片的切割角度，确保在-40℃~85℃范围内，晶振频偏不超过±30ppm。提高晶振的制造工艺水平，确保气密性和真空抽气等关键步骤的合格性。

低温对晶振的影响是电子产品在寒冷季节中面临的一个重要挑战。通过选择适应低温的晶振、调整IC参数以及提高制造工艺水平，可以有效解决低温带来的频率偏移和停振问题，确保电子产品的可靠性和性能稳定。在冬季使用电子产品时，合理的技术选型和预防措施将对产品的长期稳定运行产生积极影响。

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晶振可靠性测试：高低温储存试验

高温试验是晶振在高温条件下工作一段时间后，评定高温对晶振的电气和机械性能的影响；或者长时间高温存储(不带电)后，评定晶振的质量稳定性，可参照标准GJB 360B.108。低温试验是长时间低温存储(不带电)后，评定晶振的质量稳定性，以及检测封装中足以对晶振产生不良影响的残存湿气，即通常的露点测试，可参照标准GJB 548B.1013.1。

高低温储存试验(High/Low Temperature Storage)暴露的故障来源于元器件表面和内部的物理和化学变化，例如：密封问题，材料热胀冷缩问题，电性能产生的变化等。

试验说明

高温存储试验：

工作温度: 125°C±5°C;存储时间: 1000H±12H,不带电;实验结束后24±2Hrs内进行电性能测试。高温储存试验可以使用“电热恒温箱”来进行试验，可参考标准MIL-STD-202 Method 108。

低温存储试验：

工作温度: -55°C±5°C;存储时间: 1000H±12H,不带电;实验结束后24±4Hrs进行电性能测试。低温储存试验可以使用“低温试验机”，可参考标准JIS-C7021B-12。

本试验对晶振的影响

高温存储试验：

晶体谐振器频率降低3.5ppm左右(5max)，谐振阻抗增大3Ω左右±10%(5max); 晶体振荡器频率降低3.5ppm左右(5 max)。

低温存储试验：

晶体谐振器频率降低2.5ppm左右(5max)，谐振阻抗增大3Ω左右±10%(5max); 晶体振荡器频率降低3.5ppm左右(5 max)。

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