时间即留不住也握不住,但是人类用自己特殊的计算方法,去合理的利用时间,古时候人们将白天和黑夜划分为十二个时辰,现代人更精确的把这十二个时辰演变成24个小时.主要的时间计算工具从古至今有日晷,日冕,沙漏,钟表,手表等,现在最常用的估计就是手机了吧.那么是什么东西给现在钟表和手机提供精确的时间呢?答案当然是石英晶体了,尤其是32.768K,这是产品时钟基准设置和时钟系统里,最常用的频率元器件.由于32.768K晶振可以给钟表和其他设备带来精准稳定的时钟信号,也被业界叫做时钟晶振.
如果事件必须同步发生,则时间比振荡器频率更重要.产生”时序”的振荡器的频率和精度并不重要,只要它们都准确知道它的时间.另一方面,如果产生定时的振荡器不能使其自身与参考定时源同步,那么产生时间的贴片振荡器频率的精度现在是非常重要的.国际公认的时间标准是UTC(协调世界时),由美国商务部的分支机构国家标准与技术研究所维护.
在Telecoms基础设施中,各种级别的所需时序精度被定义为Stratum级别1到4.最准确的,因此主要参考源是Stratum1,原子钟(通常是铯束或氢气脉冲激光器),其频率维持在生命的准确度<1x10-11.下一级,Stratum2,其频率保持在每天<1x10-10的准确度,Stratum3将其频率保持在每天<3.7x10-7的精度.使用SC切割晶体,使用精密OCXO(烘箱控制晶体振荡器)实现层2.使用AT切割晶体,使用精密TCXO(温度补偿晶体振荡器)实现层3级.
那么这些稳定性如何与时间相关?一年是~365天x24小时x60分x60秒=31,536,000秒.如果保持时钟时间的Oscillator的精度为每年1x10-6(1x10-6为1ppm[百万分之一]),则时钟每年将增加(或丢失)31.536秒.这使得上述示例中的原子钟在20年的使用寿命内精确到0.006秒,OCXO在每天0.00009秒内,TCXO在每天0.032秒内.
然而,大多数对计时的引用是指”时间”而不是数据同步,特别是手表或时钟上显示的时间.第一个石英钟是由沃伦·马里森和J.W.建造的.1927年贝尔电话实验室的Horton.第一款采用石英晶体作为计时元件的商用腕表是由Seiko制造的35SQAstron手表,并于1969年圣诞节推出(图2),零售价为1250美元(相当小型车的价格).这使用了8.192kHzX切割音叉晶体.

所有不同的石英晶体切割均来自相同的培养石英棒,但是以不同的角度切割到晶体轴(图3).它们各自具有针对最终应用定制的不同机械和电气性质.AT Cut用于大多数晶体振荡器,特别适用于精密TCXO温补晶振,SC Cut晶体主要用于OCXO恒温晶振.

XCut音叉式水晶灯(图4)用于'Timeof Day'计时应用(腕表,家用钟表等),因为它具有自然的低振荡频率,极低的工作功率要求和25oC左右的低温度系数(图5).

特别是XCut音叉晶体可以在32.768kHz处振荡,当数字分频为215时,产生1秒方波,非常适合计时.通过将16.777216MHz AT Cut SPXO振荡器分频为224可以产生相同的1秒方波,但由于更高的频率和额外的分频器导致的功耗增加可能超过XCut音叉晶振选项的100倍(不适合电池供电的应用).

由于计时涉及计数和分频,所选的常用晶体振荡器是门控皮尔斯(如文章'IC CRYSTAL OSCILLATOR CIRCUITS'中所述),但增加的限制是极低的晶体驱动功率和(通常)低电压应用的Vdd电压.

典型的32.768KHz音叉晶体将具有30kΩ至60kΩ的ESR(等效串联电阻),需要6pF至15pF的负载电容(典型值为12.5pF),第一年的老化小于±3ppm,但更多重要的是最大晶体驱动电平为1μW.使用无缓冲变频器的图6中的电路将通过以下电路值提供可接受的性能.C1=10pF,C2=22pF,Rlim=330kΩ,Rf=22MΩ.Rextra可用于限制非开关逆变器在开关期间消耗的电流,值为47kΩ,Vdd=2V时应将电流消耗限制在~5μA.

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