kHz频段DTCXO环境温度变化下如何维持计时器精准度

 【概述】

精工爱普生提供一系列内建数位式温度补偿石英晶体振荡器(DTCXO*) ，RTC模组与kHz频段石英晶体振荡器。本文将介绍，透过kHz频段DTCXO在环境温度改变情况下，仍能显著提高时间精度的特性。我们在汽车应用上使用DTCXO进行实际测试及功能验证。在二年五个月的测试期间，总累积时间误差仅46秒，相当于每月误差1.6秒。

*DTCXO ：数位式温度补偿型石英晶体振荡器(Digital Temperature Compensated X'tal Oscillator)

数位式温度补偿前后，频率/温度特性

  图一、音叉型石英晶体谐振器频率/温度特性曲线，曲线类型为二次抛物曲线。

  图二、使用DTCXO进行温度补偿后，实际测得的频率/温度特性；与补偿前相比，频率精准度显著提高。

                                 图一、音叉型石英晶体谐振频率/温度特性                                             图二、DTCXO实际测试频率/温度特性                                            

 kHz频段DTCXO频率补偿方法

                                图三、kHz频段DTCXO频率补偿方块图。

  上图三所示，精工爱普生所使用的kHz频段DTCXO频率补偿方块图。

  当进行频率温度补偿时，为呈现出平坦且稳定的频率特性，将根据温度不同，针对连接到石英晶体振荡器的电容阵列进行修正；根据11位元的数位讯号，控制电容器的开启或关闭，产生以2,048种组合而成的变动电容值。

  精工爱普生kHz频段DTCXO之温度感测器和ADC ，以最小0.3°C左右的解析度进行温度检测，并连接相对应的电容进行频率校正。

  如图二所示，DTCXO温度补偿特点是，能让因电容器切换间隙而导致的频率误差，在温度改变的情况下仍能维持频率精准度的小幅度波动。

kHz频段下DTCXO计时器精准度量测

  这里呈现的是kHz频段DTCXO在测试环境实际工作，为期二年五个月时间精准度测试结果。

  图四为针对环境温度变化，使用仪器测量的数据结果，我们进行了两种环境温度测试，分别在汽车的后座上（约20°C/天，图五中的初月至第11个月）与仪表板中（约80°C/天，图五中的第11至第29个月）。

                                                                                      图四、测试环境的时间与温度特性

                                                                                      图五、kHz频段DTCXO累积时间误差

  图五为实际使用DTCXO所累积的时间误差；为期二年五个月的测试下，总累积时间误差为46秒，相当于每月误差1.6秒。

  从测试结果我们发现，无论是一天剧烈的温度变化，或是一年四季因换季所导致长期且缓慢温度转变，时间精准度的变化量依然小且稳定，这是因为kHz频段DTCXO频率误差会以相当小的幅度进行上下变化，因此当环境温度连续变化，DTCXO会取平均值使累积时间误差相对减小。

  可发现kHz频段DTCXO是款优异的电子零件，它可以提供精准的计时器精准时间来源。

   针对在高温度变化环境中需要获取高精度时间讯息的设备，请考虑使用内建kHz频段DTCXO的石英晶体振荡器或RTC模组。

   如您有相关设计使用需要，请参考以下列出机种，为精工爱普生旗下内建kHz频段支援DTCXO功能的即时时钟模组，或是石英晶体振荡器。(截至2021年11月的最新资讯。)

DTCXO RTC数位式温度补尝即时时钟模组

工业应用：RX8901CE 、RX4901CE 、RX8804CE 、RX8900CE 、RX-8803LC 、RX-4803LC 、RX8900SA 、RX-8803SA 、RX-4803SA 。

汽车应用：RA8000CE 、RA4000CE 、RA8804CE 、RA8900CE 、RA8803SA 、RA4803SA 。

32.768 kHz DTCXO数位式温度补尝石英晶体振荡器

工业应用：TG-3541CE 。

汽车应用：TG-3541CEA 。