[發(fā)明專利]一種測量石英晶體靜電容的新方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810229669.2
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101750544A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設計）人: 王慶春
• 申請（專利權）人: 王慶春
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發(fā)明屬于模擬設計領域，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(yōu)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(chǎn)中是處于微調和封裝之間的工序，要求對石英晶體的基本電參數(shù)進行測量，以保證產(chǎn)品最終質量。在石英晶體的中間測試中，需要測量串聯(lián)諧振頻率、串聯(lián)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(shù)。其中，靜電容C0主要由石英晶體兩端所鍍銀膜決定，表征了石英晶體的靜態(tài)特性，與石英晶體的串聯(lián)諧振頻率和負載諧振頻率等應用指標密切相關。根據(jù)靜電容和其它參數(shù)的關系，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(shù)的值，這在實際測量中是經(jīng)常采用的方法。靜電容的測量是石英晶體中間測試的重要內(nèi)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π網(wǎng)絡零相位法。在該方法中，未規(guī)定測量靜電容的標準方法。若采用諧振法、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(tǒng)的復雜性，并且對諧振頻率的測量產(chǎn)生不利影響。本課題提出了一種基于π網(wǎng)絡零相位法的測量石英晶體靜電容的新方法，并據(jù)此設計制作了實驗測量系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)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(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案，本發(fā)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(lián)諧振電阻。當激勵信號的頻率等于石英晶體的諧振頻率時，其等效電參數(shù)模型為純電阻。由于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(fā)明的有益效果：

在π網(wǎng)絡零相位法的基礎上，采用了“DDS激勵、π網(wǎng)絡響應、幅相檢測計算容抗”的方法測量石英晶體的靜電容，并由此設計制作了實驗測量系統(tǒng)來實現(xiàn)該方案。該方法把測量石英晶體的靜電容和諧振頻率統(tǒng)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1～10pF范圍內(nèi)測量誤差小于0.1pF，能滿足實際要求，可以在此基礎上開發(fā)實際的石英晶體中間測試系統(tǒng)。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的電路原理圖。

具體實施方式：

本發(fā)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(lián)諧振電阻。當激勵信號的頻率等于石英晶體的諧振頻率時，其等效電參數(shù)模型為純電阻。由于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。

實施例1：網(wǎng)絡的阻抗與測試儀表的阻抗相匹配，并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π網(wǎng)絡輸出信號，它們都是矢量電壓信號。當石英晶體處于諧振狀態(tài)時，其表現(xiàn)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(lián)諧振頻率。所以，通過改變Va的頻率并檢測Va與Vb之間相位差可以找到石英晶體的諧振頻率。對于π網(wǎng)絡中石英晶體的靜電容如何測量，IEC并未推薦標準方法。π網(wǎng)絡由對稱的雙π型電阻回路組成，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(shù)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π網(wǎng)絡。此時，石英晶體等效于一個值為C0的電容。π網(wǎng)絡的輸出電壓與該電容存在一定的函數(shù)關系，由于輸入電壓和π網(wǎng)絡的參數(shù)已知，測量輸出電壓并根據(jù)這一函數(shù)關系，可以計算出C0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并檢測π網(wǎng)絡輸出的矢量電壓。兩者區(qū)別在于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采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(tǒng)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π網(wǎng)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范圍為0～200MHz。在這一范圍內(nèi)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。