晶振PPM误差分析与计算方法

2024-10-30


· 晶振精度指标:PPM


晶振精度通常用 PPM(Parts Per Million,百万分之一)来衡量,这一单位描述了晶体振荡器的频率稳定性或偏差程度。PPM 表示实际输出频率与标称频率之间的相对误差,是衡量晶振频率精度的重要参数。

· 如何计算晶振的频率差


频率差反映了晶振的实际频率与标称频率之间的差异。通过公式计算频率差的PPM值如下::


PPM=(实际频率−标称频率)/标称频率 X 106


释义:


- 实际频率:通过频率计或其他适当的仪器测量得到的晶振的实际工作频率。


- 标称频率:晶振制造商在晶振规格书中规定的标准或标称频率。


示例:


例如,标称频率为 32.768 kHz 的晶振,如果实际测得的频率为 32.7685 kHz,那么PPM的计算如下:


PPM=(32768.5Hz−32768Hz)/32768Hz*106≈15.26


· 频差类型:常温频差V.S.温度频差

晶振PPM误差分析与计算方法 (https://ic.work/) 技术资料 第1张

(曲线图)


晶振的频率稳定性在不同温度条件下会有所变化,针对晶振而言,其频率精度一般包括常温频差和温度频差两个重要指标:


1、常温频差(Frequency Tolerance):在YXC规格书里也称作频率偏差(见下图),是与常温(25°C)下标称频率之间的偏差,通常以百万分率(PPM)表示。


2、温度频差(Frequency Versus Temperature Characteristics):在YXC规格书里也称作频率-温度特性(见下图),指在设定的工作温度范围内,实际频率相对标称频率的最大偏差值,同样以百万分率(PPM)表示。

晶振PPM误差分析与计算方法 (https://ic.work/) 技术资料 第2张


· RTC晶振32.768KHz频率精度PPM值及时间偏差计算



对于 32.768kHz 的 RTC 时钟晶振,可以通过其频率精度(PPM)推导出每日的时间误差范围。具体步骤如下:



举例:若晶振32.768KHz精度为±10PPM,一天时间误差计算公式如下:



10(PPM)×24(1天=24小时)×60(1小时=60分钟)×60(1分钟=60秒)=864000*1/1000000=0.864秒



即:该RTC晶振每天的时间误差不超过0.864秒,即:若为+10PPM,每天最多快0.864秒,若为-10PPM,每天最多慢0.864秒。

晶振PPM误差分析与计算方法 (https://ic.work/) 技术资料 第3张

(32.768KHz晶体谐振器典型应用电路)



· RTC 时钟晶振 32.768kHz 每日时间误差参照表:


I)


±10PPM:实际频率范围为32768.32768Hz~32767.67232Hz,每天时间误差为0.864×1=0.864秒,月误差25.92秒,一年时间总偏差为5.184分钟。


lI)


±20PPM:实际频率范围为32768.65536Hz~32767.34464Hz,每天时间误差为0.864×2=1.728秒,月误差51.84秒,一年时间总偏差为10.368分钟。


lII)


±30PPM:实际频率范围为32768.98304Hz~32767.01696Hz,每天时间误差为0.864×3=2.592秒,月误差77.76秒,一年时间总偏差为15.552分钟。


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