《電子技術(shù)應(yīng)用》
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三種石英晶體諧振器頻率測(cè)試方法對(duì)比分析研究
電子技術(shù)應(yīng)用
蔡光躍1,2,劉曉輝1,翟紅國(guó)3
1.上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院;2.上海泮奐電子科技有限公司; 3.深圳市鼎陽(yáng)科技有限公司
摘要: 測(cè)試石英晶體諧振器頻率的傳統(tǒng)方法有間接計(jì)算法、信號(hào)源起振法和網(wǎng)絡(luò)分析儀法,三種方法各有大的缺陷。根據(jù)石英晶體諧振器頻率的特點(diǎn),提出三種新的測(cè)試方法:示波器測(cè)試法、頻率計(jì)測(cè)試法和頻譜儀測(cè)試法。這三種方法在基本測(cè)試原理、設(shè)備配置要求、測(cè)試精度和適用環(huán)境等方面存在差異。對(duì)三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)比較,并針對(duì)不同應(yīng)用條件提出了選用建議:如果只單純測(cè)量石英晶體諧振器頻率,選用頻譜儀測(cè)試法;如果需要測(cè)量頻率的同時(shí)還需要知道頻率的特性等內(nèi)容,宜選用頻率計(jì)測(cè)試法;示波器測(cè)試法則可用在對(duì)石英晶體諧振器頻率定性的粗測(cè)。此外,還根據(jù)各自的優(yōu)勢(shì)探討了儀器協(xié)作測(cè)試的可能性。
中圖分類號(hào):TM935.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.244920
中文引用格式: 蔡光躍,劉曉輝,翟紅國(guó). 三種石英晶體諧振器頻率測(cè)試方法對(duì)比分析研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用,2024,50(5):30-34.
英文引用格式: Cai Guangyue,Liu Xiaohui,Zhai Hongguo. Comparative analysis and research on three frequency testing methods for quartz crystal resonators[J]. Application of Electronic Technique,2024,50(5):30-34.
Comparative analysis and research on three frequency testing methods for quartz crystal resonators
Cai Guangyue1,2,Liu Xiaohui1,Zhai Hongguo3
1.School of Communication & Information Engineering, Shanghai Technical Institute of Electronics & Information; 2.Shanghai Panhuan Electronic Technology Co., Ltd.; 3.Siglent Technology Co., Ltd.
Abstract: The traditional methods for testing the frequency of quartz crystal resonators include indirect calculation method, signal source oscillation method, and network analyzer method, each of which has significant shortcomings. This article proposes three new testing methods based on the frequency characteristics of quartz crystal resonators: oscilloscope testing method, frequency meter testing method, and spectrograph testing method. These three methods differ in basic testing principles, equipment configuration requirements, testing accuracy, and applicable environments. This article provides a detailed comparison of the advantages and disadvantages of these three methods, and proposes selection suggestions for different application conditions. If only the frequency of quartz crystal resonators needs to be measured, the spectrograph testing method can be used. If it is necessary to measure the frequency and know the characteristics of the frequency, it is advisable to use the frequency meter testing method. The testing rules of oscilloscopes can be used for rough measurement of the qualitative frequency of quartz crystal resonators. In addition, the possibility of instrument collaboration testing has been explored based on their respective advantages.
Key words : quartz crystal resonator;frequency testing;comparative analysis;oscilloscope;frequency meter;spectrum analyzer

引言

石英晶體諧振器是一種基于石英晶體振蕩原理的基礎(chǔ)電子元件,廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備、導(dǎo)航器件、精密儀器儀表等領(lǐng)域。由于其具有高精度、高穩(wěn)定性和低相噪等優(yōu)點(diǎn),石英晶體諧振器在許多高精度和高穩(wěn)定性的電子設(shè)備中被用作基準(zhǔn)時(shí)鐘[1]。頻率是石英晶體諧振器的關(guān)鍵參數(shù)之一,準(zhǔn)確測(cè)試其頻率是產(chǎn)品質(zhì)檢的必要內(nèi)容,對(duì)于保證設(shè)備的性能和精度也具有重要意義。傳統(tǒng)的測(cè)試石英晶體諧振器頻率的方法主要為間接計(jì)算法、信號(hào)源起振法和網(wǎng)絡(luò)分析儀法。間接計(jì)算法也稱為阻抗計(jì)測(cè)試法,是搭建一個(gè)包含石英晶體諧振器在內(nèi)的振蕩電路,通過(guò)測(cè)試電路中的元器件的阻抗,間接計(jì)算出石英晶體諧振器頻率,該方法一般為研發(fā)的理論計(jì)算。由于阻抗計(jì)本身的誤差較大,電路諧振也會(huì)對(duì)負(fù)載產(chǎn)生嚴(yán)重影響,計(jì)算的結(jié)果只是粗略值,不能較為精確測(cè)試。信號(hào)源起振法是驗(yàn)證石英晶體諧振器質(zhì)量的常用方法之一,在石英晶體諧振器兩端施加同頻的激勵(lì)信號(hào),其目的是驗(yàn)證石英晶體諧振器能否工作,施加的信號(hào)頻率和石英晶體諧振器頻率可能有較大誤差,因此不能作為最終的測(cè)試頻率,但因?yàn)闇y(cè)試步驟最簡(jiǎn)單,常作為石英晶體諧振器質(zhì)檢的必要環(huán)節(jié)。最專業(yè)的是網(wǎng)絡(luò)分析儀法[2],網(wǎng)絡(luò)分析儀被稱為“射頻領(lǐng)域的萬(wàn)用表”,它可以測(cè)試石英晶體諧振器的各項(xiàng)參數(shù),測(cè)試的頻率值最精確,也是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中推薦的測(cè)試方法,但網(wǎng)絡(luò)分析儀法最大的缺陷在于網(wǎng)絡(luò)分析儀一般比較昂貴,測(cè)試頻率越高市值越高,網(wǎng)絡(luò)分析儀本身需要校正和年度第三方計(jì)量送檢,成本高企,難于市場(chǎng)普及,一般的石英晶體諧振器生產(chǎn)廠商基于成本考量多在必需時(shí)短期以租代買。網(wǎng)絡(luò)分析儀還有專用和通用之別,專用網(wǎng)絡(luò)分析儀除價(jià)格外,只能用來(lái)測(cè)石英晶體諧振器,利用率偏低;通用網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)門檻較高,設(shè)置復(fù)雜,要求使用者具備相當(dāng)?shù)纳漕l基礎(chǔ)。本文結(jié)合三種傳統(tǒng)的石英晶體諧振器頻率測(cè)試方法,根據(jù)信號(hào)頻率測(cè)試的特點(diǎn),提出三種新的石英晶體諧振器頻率的方法:示波器測(cè)試法、頻率計(jì)測(cè)試法和頻譜儀測(cè)試法,三種方法所使用的儀器都為實(shí)驗(yàn)室常備儀器,利于推廣使用。三種方法根據(jù)理論分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,為實(shí)際平常應(yīng)用提供選用建議和技術(shù)參考。


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作者信息:

蔡光躍1,2,劉曉輝1,翟紅國(guó)3

(1.上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 通信與信息工程學(xué)院,上海 201411;

2.上海泮奐電子科技有限公司,上海 200080;

3.深圳市鼎陽(yáng)科技有限公司,廣東 深圳 518101)


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