低温及低温高湿环境下的晶振选型分析(低温高湿为什么不好)

冬季冷启动、雨雪天气、沿海地区以及隧道、冷链设备等场景中，晶振不仅要承受温度冲击，还要面对湿度和冷凝带来的可靠性挑战。今天，凯擎小妹和大家聊一聊低温及低温高湿环境下晶振所面临的影响，以及相应的选型思路。

在低温环境中，晶体及振荡回路的关键参数会发生明显变化：

• 起振能力下降：温度降低会导致晶体等效串联电阻ESR升高，振荡回路启动裕量减小，起振时间延长；
• 频率偏移增大：普通晶振的频率随温度变化明显，在低温区间更容易超出系统允许范围；
• 振荡幅度降低：低温影响晶体机械振动效率，使输出振幅下降，降低系统容错能力。

在实际应用中，低温往往伴随高湿度出现，例如冬季户外、沿海地区和冷链设备。低温高湿环境的核心风险在于结露。对晶振的影响主要体现在以下几点：

• 起振风险叠加：低温导致ESR升高，高湿度引入漏电流，使振荡回路更容易失效；
• 频率稳定性下降：低温瞬时频偏与湿气侵入导致的长期漂移同时存在；
• 冷凝引发瞬态异常：冷凝水可能导致引脚短暂导通，引发振荡异常或系统复位；
• 长期可靠性受损：水汽加速引脚和焊点的电化学腐蚀。

普通时钟晶振通常指不具备温度补偿或恒温控制功能的时钟源，包括常见的普通时钟晶振或无源晶体方案。

低温环境下：

• 低温导致晶体ESR升高，起振时间延长，冷启动裕量较小；
• 频率随温度变化明显，低温区间频偏可达±30~±50ppm；
• 振荡幅度下降，时钟信号电压摆幅变小，使后级芯片在噪声和环境干扰存在的情况下，更容易出现时钟识别不稳定的问题。

低温高湿环境下：

• PCB表面漏电和封装防潮能力有限，易放大起振问题；
• 冷凝可能引发瞬态振荡异常或系统复位；
• 长期运行中，频率漂移和一致性问题逐渐显现。

高精度时钟晶振通常指具备温度补偿或恒温控制能力的时钟源。高精度时钟晶振更适合低温、低温高湿或频繁冷热变化环境，以及对通信同步、计时精度和长期稳定性有较高要求的系统。

1 - 温补晶振（KOAN-TCXO系列）：

• 通过内部温度补偿电路，有效抑制低温引起的频率漂移；
• 典型频率稳定度可达±0.5~±2.5ppm；
• 有源振荡结构，低温起振能力更强；
• 在低温高湿环境中，频率稳定性和一致性明显优于普通晶振。

2 - 恒温晶振（KOAN-OCXO系列）：

• 内部恒温控制，晶体始终工作在最佳温度点；
• 几乎不受外界低温和湿度变化影响；
• 频率稳定度达到ppb级，长期漂移极小；
• 相位噪声和抖动性能极佳。