温度越高晶振的输出频率也会越高吗

温度越高晶振的输出频率也会越高吗How does temperature affect frequency
 

这是一个非常经典的问题。答案并不是简单的“是”或“否”，因为它取决于晶振的类型和其内部采用的补偿技术。

简单来说：

普通晶振（尤其是无源晶振）：温度升高，频率通常会降低。

带温度补偿的晶振（TCXO）：温度升高，频率基本保持不变。

恒温晶振（OCXO）：温度升高，频率绝对保持不变。

下面我们来详细解释这几种情况：

1. 普通晶振 - 通常呈现“负温度特性”

 

对于最常见的无源晶振和普通的有源晶振，其核心是石英晶体。石英晶体本身有一个重要的特性：其谐振频率会随着温度的变化而变化。比如一个24MHz ±10PPM的晶振，它的频率范围就是23.999800MHz到24.000200MHz。

频率温度曲线：这个关系通常是一个三次函数曲线，类似于一条“驼峰”或“山谷”形的曲线。

关键点：对于最常用的 AT切割 石英晶体，其频率-温度曲线是一个以 25°C 左右为中心点的开口向下的抛物线。这意味着：

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在室温（~25°C）附近，频率变化很小。

当温度偏离室温，无论是变高还是变低，频率通常都会下降。

因此，在大多数情况下，温度越高，普通晶振的输出频率反而越低。

结论：对于普通晶振，温度与频率的关系是负相关的，温度升高通常导致频率降低。

2. 温补晶振 - 通过补偿保持稳定

I为AT切型晶体频率一温度特性曲线，Ⅱ为晶体串联回路补偿曲线，

Ⅲ为补偿后的晶体振荡器频率温度特性曲线

 

为了解决普通晶振的温度漂移问题，诞生了温补晶振。

工作原理：TCXO内部包含一个温度传感器和一个补偿电路。温度传感器实时监测环境温度，补偿电路会根据温度变化产生一个与晶体频率漂移趋势相反的电压，施加在晶体或变容二极管上，从而将输出频率“拉回”到标称值。

效果：一个设计良好的TCXO可以将频率随温度的变化控制在 ±0.5 ppm 甚至更小的范围内。

结论：对于TCXO，其设计目标就是让输出频率不随温度变化。所以温度升高，其输出频率基本保持不变。

3. 恒温晶振 - 通过恒温实现超高稳定度

 

对于稳定度要求极高的应用，如基站、导航系统等，会使用恒温晶振。

工作原理：OCXO将石英晶体和一个温控电路放置在一个隔热恒温槽内。这个恒温槽通过加热将晶体始终维持在其频率-温度曲线的零温度系数点（通常是85°C ~ 90°C）。

效果：无论外部环境温度如何剧烈变化，晶体本身始终处于一个恒定且最佳的温度下，从而实现了极高的频率稳定度（可达 ±0.1 ppb 级别）。

代价：OCXO的缺点是功耗大、启动慢、体积大且成本高。

结论：对于OCXO，外部温度变化对其输出频率几乎没有影响。