摘 要 随着近年通信技术的发展，各单位不断提高着对晶振指标要求，尤其是晶振的稳定性。当前，老化补偿、优化已成为晶振行业的研究重点，并在SC切10MHZ基础上进行数据的分析和模型的组建，从而简化操作流程，提高优化效果。下面，本文从以下几点综述SC切恒温晶振老化特性补偿方法。
关键词 晶振；老化；补偿方法
为保证恒温晶振正常运行，目前多通过SC切10MHZ改善晶振的补偿算法，不但能清晰、准确的分析相应数据，还能制定针对、有效的方案。简单来讲，就是在微处理器上建立时间轴，并在某时间内进行晶振的补偿处理，便于控制误差，现从以下几点综述。
1 恒温晶振概述
恒温晶振是恒温晶体振荡器的简称，指使用恒温槽维持晶振温度的恒定性，将由周围温度变化引起的频率变化量降至最低。恒温晶振是由振荡器、控制电路共同组成的。通常情况下，人们多使用热敏电阻构成串联的放大器，从而满足控制温度的需求。当前，多将恒温晶振用于这样几个领域：科研和计量，遥感、测量设备、遥测等；消费领域，摄像机、呼叫器、手表、玩具、电视机等；军事和宇航领域，声纳、通讯导航、传感器、雷达等，工业领域，计算机、显示器、电信、传感器、航空等，汽车领域，传感器、引擎控制、GPS应用等。
晶振老化率指在恒定环境下对频率进行测量时，振荡器频率、时间的关系。从恒温晶振的实际应用看，由于时间过长，会或多或少的出现老化现象，发生原因和晶体生产中的污染物、结构工艺缺陷、应力等因素相关。晶体中的应力经由一段时间后才稳定，通常使用SC切割法来稳定晶体特性；污染物、气体分子大量沉积在晶体片上，晶体的振荡频率越高，晶体也就越薄，所产生的影响也就越严重。一般来讲，这种影响需一段时间才能稳定，且这种稳定随着工作状态、温度变化反复，使污染物再次集中于晶体表面。另外，晶振运行过程中还要避免和腐蚀性物品、污染物的长时间接触，以免加快晶振的老化速度[1]。
2 SC切恒温晶振老化特性补偿原理和方法
2.1 补偿原理
晶振所出现的老化现象，多在晶振振荡器随着工作时间变化下产生。虽然晶振老化绝对值比较小，但对于精度要求相对较高的场合，这种变化是不被允许的。晶振老化多随着时间的变化特性，并据此建立数学模型，借助该方法进行有效的补偿。数学模型建立后，通过软件运算，来得出补偿脉宽的调制幅度。经由单片机将其输出，并在电路补偿后输出电压，作用于电路中，从而减少老化对晶振的影响。和温度方法相似，老化特性补偿也通过前期的试验，得出原始的输出值，以此估算晶振的老化曲线。常规做法为在室温稳定的情况下，测量输出值，每日测量两次，持续1周；根据晶振老化公式，评估晶振的老化值。借助所的公式得知补偿电压值，以日为单位补偿，实现补偿晶振老化的目标。
2.2 补偿方法
（1）老化补偿算法
现阶段，晶振老化补偿模型种类繁多，但大多模型公式过于烦琐，考虑的因素也比较复杂，多数无法实际操作。本文在现有的模型上，从简单、容易实现原则出发，将老化补償中无法确定的因素剥离，并简化老化模型，提出线性老化预测补偿模型。实验检测得出，其模型公式为：长期老化=第一月老化×老化系数，多数实践结果显示，该公式在多数情况下和老化的曲线不拟合，且补偿量也无法抵消晶振的漂移量。但该操作简便，能提高老化特性指标参数，从某种层面上优化特性。
（2）选择振荡电路和元件的选择
当前，振荡电路多采用谐振器，比如HC-49U型、74HCU04芯片等。当温度变化时，谐振器会产生新应力，在非线性耦合情况下频偏，该现象被称之为过冲。当OCXO处于开机状态时，温度将在短时间从室内温度提高至拐点温度，并产生巨大的热过冲，多在数分钟稳定。而SC切随着恒温槽稳定后，就立即恒定下来。该现象说明：和AT晶体相比，SC切晶体的开启特性比较显著，且抗辐射功能也优良。若使用的是AT切石英晶体，不仅无法手动调整温度，还会产生巨大波动。另外，AT切石英晶体的热稳定效果也比较差。
（3）时间轴的建立
通常情况下，恒温晶振重新上电后，对偏移所产生的影响比较小。本次设计同样忽视晶振的上电、掉电时间和补偿，而是实施等待时间间隔的方式进行补偿。晶振老化补偿模式激活的第1次上电后，进行微处理器的计时，在满足提前设定的间隔后，实施晶振的补偿处理，并存储补偿次数、补偿量。无论掉电时间多长，重新上电后，微处理器都会自动读取补偿次数和总量，并自动化的输出补偿量。待满足时间间隔后，再次更新储存位置的补偿次数、总量，实施后续的补偿处理。
（4）明确输出步进和补偿分辨率
步进和补偿分辨率和晶振噪声、秒稳关系密切，必须给予科学、合理的设置。当微处理器使用16bit控制PWN输出时，数字范围将处于0-65534之间。这种情况下，可将拉动分辨率设置为3×10-12，明显小于晶振自身的变化。将2年的老化ppb作为例子，待老化补偿模式激活后，每天补偿1次，补偿量为3×10-10，持续600次。针对步进的输出，每步输出3×10-12，持续100步，并将每步消耗时间设定为2.5秒，一次补偿共消耗5分钟。按照该方法来补偿，不会影响晶振的稳定性。
（5）硬件组成
在优化老化补偿方案时，将微处理器引入其中，能简化硬件组成，只需在被补偿的电路中添加一个微处理器即可。各工作由编程软件来实现，系统硬件组成由恒温晶振、微处理器等组成，而微处理器模块则由储存模块、通信模块等组成。其中，通信模块能调试补偿状态、写入初始参数等。老化补偿硬件正常运行后，客户也就无须操作。储存模块多实现数据的储存，待晶振掉电后，再重新读取补偿量。
3 结束语
综上所述，伴随着科学技术的发展，在生产、设计恒温晶振时，多通过对晶振老化特性数据的收集，来确定晶振设备是否正常运行，并组建对应的老化模型。同时，根据老化模型实施反向的补偿处理，能从某种程度上改善晶振老化现状，优化晶振老化指标，满足相应设备对晶振的要求。另外，该方案的参数设置也比较灵活，在大批量的生产、应用中，能调整补偿总量、时间，从而满足客户需求，提高老化指标，实现补偿效果。
参考文献
[1] 蒋松涛.一种小型超低相噪恒温晶振的设计[J].压电与声光，2015，37（3）：420-422，426.
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