貼片晶振等效電路的測量工具標(biāo)準(zhǔn)
來源：http://m.cnhxbh.com 作者：金洛鑫電子 2019年11月26
貼片晶振等效電路的測量工具標(biāo)準(zhǔn)
表面貼裝SMD晶體單位是現(xiàn)在電子市場上,最常用的一種電子元器件,屬于頻率組件類別的,由于使用的范圍較為廣泛,每年用量超過上億顆,海內(nèi)外專業(yè)的晶體制造商超過上萬家.雖然技術(shù)大部分都是大同小異,但一些較有名的品牌,也有自己獨(dú)特的制造方式和測量方法.一直以來貼片晶振的等效電路測試,都是重要的步驟和環(huán)節(jié),今天來給大家介紹下,日本水晶設(shè)備工業(yè)協(xié)會提出的表面安裝晶體單元測量工具的標(biāo)準(zhǔn)QIAJ-B-008:2019-02.
該標(biāo)準(zhǔn)使用IEC61837,采用IEC60444-4和IEC60444-5中規(guī)定的零相測量方.法(QIAJ-B-001)中所示的表面安裝型晶體諧振器(包括帶有溫度傳感器的晶體諧振器)的串聯(lián)諧振頻率,串聯(lián)諧振電阻和等效電路常數(shù)的準(zhǔn)確測量指定要固定的測量工具.
1.范圍
本標(biāo)準(zhǔn)描述了兩種測量工具.
a)使用IEC60444-1中所述的等效電路的測量工具,以高達(dá)500MHz的傳輸模式進(jìn)行測量.根據(jù)IEC60444-4,在將負(fù)載電容添加到高達(dá)30MHz的負(fù)載諧振參數(shù)的測量條件下,包括測量工具.對于負(fù)載電容(pF),適用范圍為5pF或更大,稍后將介紹測量儀器和負(fù)載電容(pF)轉(zhuǎn)接板的校準(zhǔn).
b)基于反射法的測量工具,適用于高達(dá)1200MHz的頻率范圍.無需增加物理負(fù)載容量.可以根據(jù)IEC60444-11測量負(fù)載共振參數(shù).注意此標(biāo)準(zhǔn)支持以下國際標(biāo)準(zhǔn).IEC60444-8:2016,石英晶體單元參數(shù)的測量-第8部分:表面安裝石英晶體諧振器單元的測試夾具
2.引用標(biāo)準(zhǔn)
下列標(biāo)準(zhǔn)通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的一部分.對于這些引用的標(biāo)準(zhǔn),如果有年份說明,則僅應(yīng)用版本,而如果沒有年份說明,則采用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶體單元參數(shù)的測量-第5部分:使用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)和誤差校正確定等效電參數(shù)的方法QIAJ-B-013:2019,無鉛晶體單元的負(fù)載電容適配器的電容校準(zhǔn)方法
3.測量規(guī)格合同
測量晶體諧振器和測量工具的串聯(lián)諧振頻率,串聯(lián)諧振電阻,等效電路常數(shù)等的方法取決于制造商和客戶之間的協(xié)議.當(dāng)需要確定無鉛晶體單元的負(fù)載共振參數(shù)時(shí),需要特別考慮.
4.無鉛表面貼裝晶體單元
4.1晶體單元的外部尺寸
對于表面貼裝型SMD晶振單元,必須遵循IEC61240中規(guī)定的外部尺寸或與其相符的SMD外部結(jié)構(gòu)(QIAJ-B-001等).
4.2泛音和頻率范圍
在增加負(fù)載電容的條件下,待測晶體單元的頻率范圍應(yīng)在1MHz至30MHz的范圍內(nèi),而在沒有負(fù)載電容的情況下應(yīng)在1MHz至500MHz的范圍內(nèi).此外,它可以應(yīng)用于基波和泛音晶體諧振器.反射測量工具的頻率范圍應(yīng)高達(dá)1200MHz.
5.測量方法和測量工具
5.1測量方法
基本測量方法基于IEC60444-5.IEC60122-1中顯示了晶體單元的等效電路模型.在幾百兆赫茲或更高的高頻范圍內(nèi),需要高質(zhì)量,高精度的晶體單元.對于金屬蓋SMD封裝,接地和不接地時(shí)負(fù)載共振參數(shù)的測量值可能會有所不同.當(dāng)晶體單元接地時(shí),工作頻率可能取決于電路中晶體單元的方向.因此,當(dāng)根據(jù)IEC60444-5將振蕩器的工作頻率與負(fù)載諧振的測量值關(guān)聯(lián)起來時(shí),建議使用晶體單元(例如,焊盤1)的方向標(biāo)記.傳輸測試夾具的規(guī)格測量工具的等效電路和電氣值基于IEC60444-1標(biāo)準(zhǔn).諧振器的結(jié)構(gòu)和尺寸是SMD型晶體諧振器.測量工具的結(jié)構(gòu)在圖1和2中示出.
圖6顯示了反射測量工具的結(jié)構(gòu),該工具可以測量1MHz至1200MHz的頻率范圍[2].這是IEC60444-5中所示的1端口反射計(jì)的SMD版本.
5.4測量設(shè)備
該設(shè)備由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(包括反射特性測量儀和S參數(shù)測量儀)以及測試夾具組成.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有基于測量值的數(shù)值計(jì)算處理的內(nèi)置誤差校準(zhǔn)功能,并且可以有效消除由于測量儀器和連接的測試夾具而引起的誤差因素.測試夾具用于一個(gè)端口,因此可以測量反射特性.反射特性測量裝置通過校準(zhǔn)三個(gè)誤差參數(shù)來確定連接到端口的被測物體的反射特性.
6.校準(zhǔn)
6.1測量工具的校準(zhǔn)
測量需要三種類型的標(biāo)準(zhǔn)阻抗,例如短路元件(0),開路元件(=開路)和25Ω或50Ω元件的標(biāo)準(zhǔn)電阻(用作校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)).25Ω或50標(biāo)準(zhǔn)電阻的精度在1MHz至500MHz的頻率范圍內(nèi)指定.請注意,如果在小于150MHz的低頻下頻率小于50±5％,并且相位誤差在0.2°以內(nèi),則滿足要求.當(dāng)確定測量工具的測量端子之間的雜散電容存在問題時(shí),需要進(jìn)行開路校準(zhǔn).如果頻率很高,請用等效電路描述校準(zhǔn)進(jìn)口貼片晶振(有關(guān)詳細(xì)信息,請參見IEC60444-5,附件A).
6.2負(fù)載能力(CL)轉(zhuǎn)接板校準(zhǔn)
負(fù)載能力(CL)適配板使用電容表根據(jù)IEC60444-4進(jìn)行校準(zhǔn).測量在1MHz下進(jìn)行,容差必須小于±0.02pF.QIAJ-B-0013無鉛晶體單元的無負(fù)載適配器的容量校準(zhǔn)方法中指定了校準(zhǔn)方法的詳細(xì)信息.
6.3反射測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)
在將測量工具連接到同軸電纜上之前,應(yīng)使用三個(gè)不同的元素對測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn).使用精確的APC3.5校準(zhǔn)設(shè)備(開路元件,短路元件,50Ω元件),其特性在測量頻帶內(nèi)得到保證.如果將電纜連接到測量工具,并且在不插入晶體諧振器的情況下進(jìn)行測量,則會發(fā)生相位誤差.為了補(bǔ)償該相位誤差,增加了電長度(電長度).圖8顯示了測量工具的詳細(xì)結(jié)構(gòu).
1.成立目的
晶體單元工作頻率所需的測量精度必須足以通過測量工具,負(fù)載容量適配器和校準(zhǔn)方法來保證頻率穩(wěn)定性.但是,現(xiàn)實(shí)情況是,由于負(fù)載容量(CL)適配器容量,測量工具結(jié)構(gòu),校準(zhǔn)和零件材料的變化,石英晶體振蕩器制造商之間的負(fù)載諧振頻率會有所不同.另外,隨著晶體單元的小型化,負(fù)載容量趨于降低,并且負(fù)載容量適配器的校準(zhǔn)的重要性日益增加.在這種背景下,指定了一種用于表面安裝晶體單元的測量工具.
2.補(bǔ)充項(xiàng)目
1.本標(biāo)準(zhǔn)中測量工具的頻率和負(fù)載能力(CL)的適用范圍如下.
(A)無負(fù)載容量(CL):1MHz至500MHz
(B)有負(fù)載能力(CL)時(shí):1MHz至30MHz使用這些適用的頻率范圍和測量方法時(shí),測量精度約為±1×10-6,并且串聯(lián)諧振電阻的精度為±2或在±10％以內(nèi).
(C)5pF或更高…盡管在IEC60444-8中為10pF或更高,但實(shí)際上有10pF或更低.
2.第5.2節(jié)中測量工具的配置基于IEC60444-1,但在表面安裝石英水晶振子單元中,端子GND和修整器之間的雜散電容符合IEC60444-1圖2(0.5?5pF)不被視為等效電路.
表面貼裝SMD晶體單位是現(xiàn)在電子市場上,最常用的一種電子元器件,屬于頻率組件類別的,由于使用的范圍較為廣泛,每年用量超過上億顆,海內(nèi)外專業(yè)的晶體制造商超過上萬家.雖然技術(shù)大部分都是大同小異,但一些較有名的品牌,也有自己獨(dú)特的制造方式和測量方法.一直以來貼片晶振的等效電路測試,都是重要的步驟和環(huán)節(jié),今天來給大家介紹下,日本水晶設(shè)備工業(yè)協(xié)會提出的表面安裝晶體單元測量工具的標(biāo)準(zhǔn)QIAJ-B-008:2019-02.
該標(biāo)準(zhǔn)使用IEC61837,采用IEC60444-4和IEC60444-5中規(guī)定的零相測量方.法(QIAJ-B-001)中所示的表面安裝型晶體諧振器(包括帶有溫度傳感器的晶體諧振器)的串聯(lián)諧振頻率,串聯(lián)諧振電阻和等效電路常數(shù)的準(zhǔn)確測量指定要固定的測量工具.
1.范圍
本標(biāo)準(zhǔn)描述了兩種測量工具.
a)使用IEC60444-1中所述的等效電路的測量工具,以高達(dá)500MHz的傳輸模式進(jìn)行測量.根據(jù)IEC60444-4,在將負(fù)載電容添加到高達(dá)30MHz的負(fù)載諧振參數(shù)的測量條件下,包括測量工具.對于負(fù)載電容(pF),適用范圍為5pF或更大,稍后將介紹測量儀器和負(fù)載電容(pF)轉(zhuǎn)接板的校準(zhǔn).
b)基于反射法的測量工具,適用于高達(dá)1200MHz的頻率范圍.無需增加物理負(fù)載容量.可以根據(jù)IEC60444-11測量負(fù)載共振參數(shù).注意此標(biāo)準(zhǔn)支持以下國際標(biāo)準(zhǔn).IEC60444-8:2016,石英晶體單元參數(shù)的測量-第8部分:表面安裝石英晶體諧振器單元的測試夾具
2.引用標(biāo)準(zhǔn)
下列標(biāo)準(zhǔn)通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的一部分.對于這些引用的標(biāo)準(zhǔn),如果有年份說明,則僅應(yīng)用版本,而如果沒有年份說明,則采用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶體單元參數(shù)的測量-第5部分:使用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)和誤差校正確定等效電參數(shù)的方法QIAJ-B-013:2019,無鉛晶體單元的負(fù)載電容適配器的電容校準(zhǔn)方法
3.測量規(guī)格合同
測量晶體諧振器和測量工具的串聯(lián)諧振頻率,串聯(lián)諧振電阻,等效電路常數(shù)等的方法取決于制造商和客戶之間的協(xié)議.當(dāng)需要確定無鉛晶體單元的負(fù)載共振參數(shù)時(shí),需要特別考慮.
4.無鉛表面貼裝晶體單元
4.1晶體單元的外部尺寸
對于表面貼裝型SMD晶振單元,必須遵循IEC61240中規(guī)定的外部尺寸或與其相符的SMD外部結(jié)構(gòu)(QIAJ-B-001等).
4.2泛音和頻率范圍
在增加負(fù)載電容的條件下,待測晶體單元的頻率范圍應(yīng)在1MHz至30MHz的范圍內(nèi),而在沒有負(fù)載電容的情況下應(yīng)在1MHz至500MHz的范圍內(nèi).此外,它可以應(yīng)用于基波和泛音晶體諧振器.反射測量工具的頻率范圍應(yīng)高達(dá)1200MHz.
5.測量方法和測量工具
5.1測量方法
基本測量方法基于IEC60444-5.IEC60122-1中顯示了晶體單元的等效電路模型.在幾百兆赫茲或更高的高頻范圍內(nèi),需要高質(zhì)量,高精度的晶體單元.對于金屬蓋SMD封裝,接地和不接地時(shí)負(fù)載共振參數(shù)的測量值可能會有所不同.當(dāng)晶體單元接地時(shí),工作頻率可能取決于電路中晶體單元的方向.因此,當(dāng)根據(jù)IEC60444-5將振蕩器的工作頻率與負(fù)載諧振的測量值關(guān)聯(lián)起來時(shí),建議使用晶體單元(例如,焊盤1)的方向標(biāo)記.傳輸測試夾具的規(guī)格測量工具的等效電路和電氣值基于IEC60444-1標(biāo)準(zhǔn).諧振器的結(jié)構(gòu)和尺寸是SMD型晶體諧振器.測量工具的結(jié)構(gòu)在圖1和2中示出.
圖1不帶負(fù)載電容的量具的等效電路(CL)(頻率范圍:1MHz500MHz)
圖2帶有負(fù)載能力的量具的等效電路(頻率范圍:1MHz30MHz)
圖3示出了測量工具的三維結(jié)構(gòu),圖4示出了其尺寸的輪廓.測量工具必須向要測量的晶體單元的上表面施加1.96N的壓力,以確保通過表面安裝型晶體單元的端子電極與測量端子之間的接觸進(jìn)行連接.另外,測量工具被設(shè)計(jì)成維持測量精度并促進(jìn)測量工作,但是測量端子處的接觸故障仍然導(dǎo)致晶體單元的等效電路常數(shù)的測量誤差.需要確認(rèn)和關(guān)注.
圖3測量工具的三維視圖
圖4測量工具的尺寸圖
圖5量具的結(jié)構(gòu)
5.3反射測試治具的規(guī)格圖6顯示了反射測量工具的結(jié)構(gòu),該工具可以測量1MHz至1200MHz的頻率范圍[2].這是IEC60444-5中所示的1端口反射計(jì)的SMD版本.
図6反射測定用具の設(shè)計(jì)
該測量工具通過高質(zhì)量同軸電纜連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀的S11端口,該同軸電纜在測量工具側(cè)具有APC3.5精密同軸連接器.如果頻率較高,建議使用半剛性或剛性同軸電纜.如圖7所示,被測設(shè)備(DUT)固定在測量適配器上.用于固定DUT的導(dǎo)板必須根據(jù)DUT的IN-OUT端子進(jìn)行設(shè)計(jì).
圖7反射測量工具的結(jié)構(gòu)
連接銷插入DUT側(cè)同軸連接器的中心導(dǎo)體中.插入過程中必須小心,以免因過大的力而變形.固定夾擰到基座上.螺絲的擰緊程度根據(jù)機(jī)器的狀況進(jìn)行調(diào)整.過度擰緊夾具會損壞同軸連接器或DUT.調(diào)整M5螺釘,使其不會太遠(yuǎn)進(jìn)入測量單元.5.4測量設(shè)備
該設(shè)備由矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(包括反射特性測量儀和S參數(shù)測量儀)以及測試夾具組成.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有基于測量值的數(shù)值計(jì)算處理的內(nèi)置誤差校準(zhǔn)功能,并且可以有效消除由于測量儀器和連接的測試夾具而引起的誤差因素.測試夾具用于一個(gè)端口,因此可以測量反射特性.反射特性測量裝置通過校準(zhǔn)三個(gè)誤差參數(shù)來確定連接到端口的被測物體的反射特性.
6.校準(zhǔn)
6.1測量工具的校準(zhǔn)
測量需要三種類型的標(biāo)準(zhǔn)阻抗,例如短路元件(0),開路元件(=開路)和25Ω或50Ω元件的標(biāo)準(zhǔn)電阻(用作校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)).25Ω或50標(biāo)準(zhǔn)電阻的精度在1MHz至500MHz的頻率范圍內(nèi)指定.請注意,如果在小于150MHz的低頻下頻率小于50±5％,并且相位誤差在0.2°以內(nèi),則滿足要求.當(dāng)確定測量工具的測量端子之間的雜散電容存在問題時(shí),需要進(jìn)行開路校準(zhǔn).如果頻率很高,請用等效電路描述校準(zhǔn)進(jìn)口貼片晶振(有關(guān)詳細(xì)信息,請參見IEC60444-5,附件A).
6.2負(fù)載能力(CL)轉(zhuǎn)接板校準(zhǔn)
負(fù)載能力(CL)適配板使用電容表根據(jù)IEC60444-4進(jìn)行校準(zhǔn).測量在1MHz下進(jìn)行,容差必須小于±0.02pF.QIAJ-B-0013無鉛晶體單元的無負(fù)載適配器的容量校準(zhǔn)方法中指定了校準(zhǔn)方法的詳細(xì)信息.
6.3反射測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)
在將測量工具連接到同軸電纜上之前,應(yīng)使用三個(gè)不同的元素對測量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn).使用精確的APC3.5校準(zhǔn)設(shè)備(開路元件,短路元件,50Ω元件),其特性在測量頻帶內(nèi)得到保證.如果將電纜連接到測量工具,并且在不插入晶體諧振器的情況下進(jìn)行測量,則會發(fā)生相位誤差.為了補(bǔ)償該相位誤差,增加了電長度(電長度).圖8顯示了測量工具的詳細(xì)結(jié)構(gòu).
圖8反射測量工具校準(zhǔn)技術(shù)
表面安裝晶體單元的測量工具標(biāo)準(zhǔn)1.成立目的
晶體單元工作頻率所需的測量精度必須足以通過測量工具,負(fù)載容量適配器和校準(zhǔn)方法來保證頻率穩(wěn)定性.但是,現(xiàn)實(shí)情況是,由于負(fù)載容量(CL)適配器容量,測量工具結(jié)構(gòu),校準(zhǔn)和零件材料的變化,石英晶體振蕩器制造商之間的負(fù)載諧振頻率會有所不同.另外,隨著晶體單元的小型化,負(fù)載容量趨于降低,并且負(fù)載容量適配器的校準(zhǔn)的重要性日益增加.在這種背景下,指定了一種用于表面安裝晶體單元的測量工具.
2.補(bǔ)充項(xiàng)目
1.本標(biāo)準(zhǔn)中測量工具的頻率和負(fù)載能力(CL)的適用范圍如下.
(A)無負(fù)載容量(CL):1MHz至500MHz
(B)有負(fù)載能力(CL)時(shí):1MHz至30MHz使用這些適用的頻率范圍和測量方法時(shí),測量精度約為±1×10-6,并且串聯(lián)諧振電阻的精度為±2或在±10％以內(nèi).
(C)5pF或更高…盡管在IEC60444-8中為10pF或更高,但實(shí)際上有10pF或更低.
2.第5.2節(jié)中測量工具的配置基于IEC60444-1,但在表面安裝石英水晶振子單元中,端子GND和修整器之間的雜散電容符合IEC60444-1圖2(0.5?5pF)不被視為等效電路.
IEC60444-1圖2測量工具的等效電路
貼片晶振等效電路的測量工具標(biāo)準(zhǔn)
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