一種測量石英晶體靜電容的新方法
2023-05-03 01:55:46
專利名稱：一種測量石英晶體靜電容的新方法
技術領域：
本發明屬於模擬設計領域，是涉及一種測量石英晶體靜電容的新方法。
背景技術：
石英晶體諧振器(以下簡稱為石英晶體)作為一種性能優良的頻率基準和時鐘源 在電子領域有著廣泛應用。石英晶體的中間測試在石英晶體的生產中是處於微調和封裝之間 的工序，要求對石英晶體的基本電參數進行測量，以保證產品最終質量。在石英晶體的中間測 試中，需要測量串聯諧振頻率、串聯諧振電阻、負載諧振頻率、負載諧振電阻、靜電容、動電容、 頻率牽引靈敏度和DLD等參數。其中，靜電容CO主要由石英晶體兩端所鍍銀膜決定，表徵了 石英晶體的靜態特性，與石英晶體的串聯諧振頻率和負載諧振頻率等應用指標密切相關。根 據靜電容和其它參數的關係，還可以計算出負載諧振電阻、動電容、頻率牽引靈敏度和DLD等 參數的值，這在實際測量中是經常採用的方法。靜電容的測量是石英晶體中間測試的重要內 容。目前，IEC(國際電工委員會)所推薦的石英晶體測量的標準方法是Ji網絡零相位法。 在該方法中，未規定測量靜電容的標準方法。若採用諧振法、交流電橋法等常用方法來測量靜 電容，會增加整個測量系統的複雜性，並且對諧振頻率的測量產生不利影響。本課題提出了一 種基於Ji網絡零相位法的測量石英晶體靜電容的新方法，並據此設計製作了實驗測量系統。
發明內容
本發明就是針對上述問題，提供一種測量石英晶體靜電容的新方法。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案，本發明包括石英晶體的靜電容，石英 晶體的動電容，石英晶體的動電感，石英晶體串聯諧振電阻。當激勵信號的頻率等於石英晶 體的諧振頻率時，其等效電參數模型為純電阻。由於C1、L1的值非常小，當激勵信號的頻率 遠離石英晶體的諧振頻率時，R1、C1、L1的影響可以忽略不計，此時，石英晶體等效成一個值 為C0的電容。 本發明的有益效果 在Ji網絡零相位法的基礎上，採用了"DDS激勵、Ji網絡響應、幅相檢測計算容抗" 的方法測量石英晶體的靜電容，並由此設計製作了實驗測量系統來實現該方案。該方法把 測量石英晶體的靜電容和諧振頻率統一起來，簡化了測量電路。通過實際測量一批晶體和 小電容，證明在1 lOpF範圍內測量誤差小於O. lpF，能滿足實際要求，可以在此基礎上開 發實際的石英晶體中間測試系統。
圖1是本發明的電路原理圖。
具體實施例方式
本發明包括石英晶體的靜電容，石英晶體的動電容，石英晶體的動電感，石英晶體
3信號的頻率等於石英晶體的諧振頻率時，其等效電參數模型為純電 阻。由於C1、L1的值非常小，當激勵信號的頻率遠離石英晶體的諧振頻率時，R1、C1、L1的 影響可以忽略不計，此時，石英晶體等效成一個值為CO的電容。 實施例1 :網絡的阻抗與測試儀表的阻抗相匹配，並衰減來自測試儀器的反射信 號。M為待測石英晶體。Va是輸入激勵信號，Vb是Ji網絡輸出信號，它們都是矢量電壓信 號。當石英晶體處於諧振狀態時，其表現為純電阻特性，此時Va與Vb之間相位差為零，Va 的頻率即為石英晶體的串聯諧振頻率。所以，通過改變Va的頻率並檢測Va與Vb之間相位 差可以找到石英晶體的諧振頻率。對於n網絡中石英晶體的靜電容如何測量，IEC並未推 薦標準方法。n網絡由對稱的雙Ji型電阻迴路組成，R1、R2和R3構成輸入衰減器，R4、R5 和R6構成輸出衰減器。 利用DDS(直接數字頻率合成)信號源作為激勵源，其輸出交流信號頻率遠離石英 晶體諧振頻率，該信號激勵接有被測石英晶體的n網絡。此時，石英晶體等效於一個值為 C0的電容。Ji網絡的輸出電壓與該電容存在一定的函數關係，由於輸入電壓和Ji網絡的 參數已知，測量輸出電壓並根據這一函數關係，可以計算出CO值。這種方法與測石英晶體 諧振頻率的方法很相似，都需要利用DDS輸出信號作為激勵信號並檢測Ji網絡輸出的矢量 電壓。兩者區別在於測量諧振頻率要求檢測輸入電壓和輸出電壓之間相位差，而測量靜電 容則要求測量輸入電壓和輸出電壓的幅值。因此，對這兩個矢量電壓信號採用幅相檢測的 辦法可以使測量石英晶體的諧振頻率和靜電容統一起來。 其中，DDS輸出兩路幅值、頻率和相位均相同的信號。 一路激勵Ji網絡，另一路輸 入幅相檢測模塊。本課題要求石英晶體諧振頻率的測量範圍為0 200MHz。在這一範圍內 選取30MHz和68MHz兩個頻率點作為激勵信號的設定頻率。具體方法是，當石英晶體的諧 振頻率在30MHz附近時，設定DDS輸出信號頻率為68MHz，反之，則設為30MHz。
權利要求
一種測量石英晶體靜電容的新方法，其特徵在於包括石英晶體的靜電容，石英晶體的動電容，石英晶體的動電感，石英晶體串聯諧振電阻；當激勵信號的頻率等於石英晶體的諧振頻率時，其等效電參數模型為純電阻；由於C1、L1的值非常小，當激勵信號的頻率遠離石英晶體的諧振頻率時，R1、C1、L1的影響可以忽略不計，此時，石英晶體等效成一個值為C0的電容。
2. 根據權利要求1所述的一種測量石英晶體靜電容的新方法，其特徵在於石英晶體諧 振頻率的測量範圍為0 200MHz。
全文摘要
一種測量石英晶體靜電容的新方法屬於模擬設計領域，是涉及一種測量石英晶體靜電容的新方法。本發明就是提供一種測量石英晶體靜電容的新方法。本發明包括石英晶體的靜電容，石英晶體的動電容，石英晶體的動電感，石英晶體串聯諧振電阻。當激勵信號的頻率等於石英晶體的諧振頻率時，其等效電參數模型為純電阻。由於C1、L1的值非常小，當激勵信號的頻率遠離石英晶體的諧振頻率時，R1、C1、L1的影響可以忽略不計，此時，石英晶體等效成一個值為C0的電容。
文檔編號G01R27/26GK101750544SQ200810229669
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者王慶春 申請人:王慶春