貼片晶振等效電路的測量工具標準
　　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準QIAJ-B-008:2019-02.
　　該標準使用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)的準確測量指定要固定的測量工具.
1.范圍
　　本標準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500MHz的傳輸模式進行測量.根據(jù)IEC60444-4,在將負載電容添加到高達30MHz的負載諧振參數(shù)的測量條件下,包括測量工具.對于負載電容(pF),適用范圍為5pF或更大,稍后將介紹測量儀器和負載電容(pF)轉(zhuǎn)接板的校準.
　　b)基于反射法的測量工具,適用于高達1200MHz的頻率范圍.無需增加物理負載容量.可以根據(jù)IEC60444-11測量負載共振參數(shù).注意此標準支持以下國際標準.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.引用標準
　　下列標準通過在本標準中引用而構(gòu)成標準的一部分.對于這些引用的標準,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,無鉛晶體單元的負載電容適配器的電容校準方法
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載共振參數(shù)時,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,接地和不接地時負載共振參數(shù)的測量值可能會有所不同.當(dāng)晶體單元接地時,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載諧振的測量值關(guān)聯(lián)起來時,建議使用晶體單元(例如,焊盤1)的方向標記.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標準.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不帶負載電容的量具的等效電路(CL)(頻率范圍:1MHz500MHz)

圖2帶有負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行連接.另外,測量工具被設(shè)計成維持測量精度并促進測量工作,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端口反射計的SMD版本.

図6反射測定用具の設(shè)計

　　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端子進行設(shè)計.

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)機器的狀況進行調(diào)整.過度擰緊夾具會損壞同軸連接器或DUT.調(diào)整M5螺釘,使其不會太遠進入測量單元.
　　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)值計算處理的內(nèi)置誤差校準功能,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.測試夾具用于一個端口,因此可以測量反射特性.反射特性測量裝置通過校準三個誤差參數(shù)來確定連接到端口的被測物體的反射特性.
6.校準
　　6.1測量工具的校準
　　測量需要三種類型的標準阻抗,例如短路元件(0),開路元件(=開路)和25Ω或50Ω元件的標準電阻(用作校準標準).25Ω或50標準電阻的精度在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,需要進行開路校準.如果頻率很高,請用等效電路描述校準進口貼片晶振(有關(guān)詳細信息,請參見IEC60444-5,附件A).
　　6.2負載能力(CL)轉(zhuǎn)接板校準
　　負載能力(CL)適配板使用電容表根據(jù)IEC60444-4進行校準.測量在1MHz下進行,容差必須小于±0.02pF.QIAJ-B-0013無鉛晶體單元的無負載適配器的容量校準方法中指定了校準方法的詳細信息.
　　6.3反射測量系統(tǒng)的校準
　　在將測量工具連接到同軸電纜上之前,應(yīng)使用三個不同的元素對測量系統(tǒng)進行校準.使用精確的APC3.5校準設(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行測量,則會發(fā)生相位誤差.為了補償該相位誤差,增加了電長度(電長度).圖8顯示了測量工具的詳細結(jié)構(gòu).

圖8反射測量工具校準技術(shù)

表面安裝晶體單元的測量工具標準
　　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,負載容量適配器和校準方法來保證頻率穩(wěn)定性.但是,現(xiàn)實情況是,由于負載容量(CL)適配器容量,測量工具結(jié)構(gòu),校準和零件材料的變化,石英晶體振蕩器制造商之間的負載諧振頻率會有所不同.另外,隨著晶體單元的小型化,負載容量趨于降低,并且負載容量適配器的校準的重要性日益增加.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.補充項目
　　1.本標準中測量工具的頻率和負載能力(CL)的適用范圍如下.
　　(A)無負載容量(CL):1MHz至500MHz
　　(B)有負載能力(CL)時:1MHz至30MHz使用這些適用的頻率范圍和測量方法時,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

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