振荡器老化及其在精密定时中的重要性,SIT5001AI-2E-33N0-50.000000T

振荡器老化及其在精密定时中的重要性,SIT5001AI-2E-33N0-50.000000T,频率稳定性是振荡器最基本的性能规格。它表示输出频率的偏差，通常以百万分之一（ppm）或十亿分之一（ppb）表示。稳定性数字越小意味着性能越好。频率变化可能由多种条件引起，例如温度变化、电源电压变化、输出负载变化和频率老化。我们重点介绍老化，即振荡器频率在一定时间内的变化。

为什么低老化很重要

老化是一个重要的参数，在许多应用中，在系统设计过程中必须考虑。这在需要非常稳定频率参考的系统中尤其重要，即使用精密振荡器的系统，例如TCXO（温度补偿振荡器）和OCXO（烤箱控制振荡器）。

例如，精密振荡器通常用于网络基础设施和高精度测量设备，以提供稳定的备用频率源。在这些应用中，OCXO（在某些情况下是TCXO）在外部源（如GPS）丢失时充当本地时钟。保持是系统暂时失去与外部参考信号的连接并切换到本地源时的操作模式。在这种情况下，本地振荡器OCXO或TCXO必须在数小时到数天内保持极其稳定，这使得老化成为关键因素。

什么原因导致振荡器老化

振荡器老化及其在精密定时中的重要性,SIT5001AI-2E-33N0-50.000000T,老化是由振荡器内部变化引起的。衰老有两个主要原因。一个原因是大量装载，另一个原因是减压。石英振荡器老化的根本原因主要是由于制造工艺、结构设计和设备中各种材料的使用。在石英晶体谐振器的制造过程中，残余应力条件表现出来，例如表面裂纹，加工过程中的抛光磨损以及石英与电极膜之间的结合力。材料的不同热膨胀系数会在界面处产生应力。此外，石英振荡器中使用的硅胶在加热下会分解并导致质量积累。

振荡器老化及其在精密定时中的重要性,SIT5001AI-2E-33N0-50.000000T,相比之下，MEMS谐振器使用稳定的硅材料，没有释气特性。SiTime晶振的制造过程不会引入污染物，例如在切割锯或抛光石英谐振器时引入的污染物。SiTime专有的EpiSeal工艺形成超洁净MEMS谐振器，在超过1000°C的高温下封装在晶圆级硅/多晶硅中。内部残余应力由通过晶格迁移的原子释放。这创造了一个清洁的真空环境，不会被污染物侵蚀。净效应是具有极低老化的谐振器。

微机电系统和石英老化性能

MEMS和石英振荡器之间的老化差异如下图所示。该图显示了基于MEMS的Super-TCXO（EliteXSiT30）和基于石英的小型化OCXO晶振（均为Stratum5501E级振荡器）的3天老化测量数据，这些数据归一化为第一天。石英OCXO和SiT5501在通电时均具有正老化。然而，随着时间的推移，大多数石英OCXODUT的负老化因子变得大于正老化因子，呈现出逐渐下降的负斜率。

相反，SiT5501很快变得稳定，并且在20天的运行下偏移小于30ppb。此外，由于石英加工工艺的限制，石英OCXO组之间的老化速率变化明显大于SiT5501，成为导致潜在故障的另一个因素。通常，老化率规格将在运行30天后定义。

振荡器老化及其在精密定时中的重要性,SIT5001AI-2E-33N0-50.000000T,衰老是一个不可避免的、不可逆转的过程。然而，通过利用硅MEMS制造工艺的优势，可以降低频率老化偏差，这些工艺可以生产出不折不扣的封装硅谐振器。