频率误差的主要原因，导致石英晶体振荡器频率误差的主要驱动因素有四个：晶体老化，频率与温度，频率与电源的关系，频率与负载的关系。在这四个驱动因素中，晶体老化是最常见的故障模式之一。很明显，晶体老化用于描述由环境或晶体本身的变化引起的长期频率变化。晶体老化有两种类型，正老化和负老化。当污染物从石英晶体中排出时，就会发生正老化。相反，当污染物被打入石英晶体时，就会发生负老化。

如何测量晶体老化

那么如何测量晶体老化，频率控制专家正在做些什么来确保它不会成为系统的问题呢？

与晶体老化相关的性能要求维持在美国政府发布的军用规格中。满足老化要求的典型过程是对振荡器进行老化，将零件放入老化系统中，每天进行多次测量，然后将这些测量值绘制成并与晶体老化的mil标准进行比较。使用这些测量，频率控制制造商可以预测其设备在长达 20 年及以上的系统整个生命周期内的老化率。

污染是晶体老化因素

有许多因素会影响晶体老化率。其中最主要的是密封在谐振器封装内的污染物量。可以想象，振荡器封装内部在电气连接、机械连接和晶体坯料本身之间有多个接口边界。这些接口中的每一个都是将新污染物引入封装的机会。

在构成谐振器本身的材料中可以找到潜在的放气或污染源。事实上，密封包装的行为也会引入不必要的污染源。例如，石英是一种吸气剂，很容易吸收水分，这对真空密封包装极为不利。

这就是为什么在高质量频率控制设备的制造过程中严格控制湿度的原因。避免过多水分的一些常见步骤包括在氮气干燥箱中储存和处理组件、氢气燃烧以及在高真空和高温下密封最终谐振器。

例如，在目前正在探索冥王星的新视野号航天器上飞行的BG61有源晶振上，晶体在高温真空下保持约一周，然后在高真空下密封。BG61被广泛认为是宇宙中最稳定的晶体！很想知道这有多稳定...嗯，它是 0.0001 ppb 或 0.0000000000001 十亿分之一。说到数十亿，Bliley的超稳定晶体现在距离地球5亿英里！

那么，设计师可以做些什么来使自己免受晶体老化的负面影响呢？一种不常规的设计方法是减小振荡器所需的温度范围。常见的系统工程方法是在组件选择中增加裕量，以确保系统级性能。如果系统必须在 -20 至 70 摄氏度的温度范围内工作，系统工程师自然会说：“我要自己缓冲并在 -40 到 85 摄氏度的整个温度范围内指定振荡器。

工程师认为他们会得到更好的零件，因为它能够在扩展的温度范围内运行。然而，这迫使频率控制制造确保其组件必须在高达95°C的温度下运行。这些升高的温度将加速老化（增加频率误差）并降低器件MTBF或平均故障间隔时间。最初的目的是获得性能卓越的零件，最后反而却只能获得性能低于标准且使用寿命可能会缩短的零件。技术支持