貼片晶振等效電路的測(cè)量工具標(biāo)準(zhǔn)
來(lái)源：http://www.techzozo.com 作者：金洛鑫電子 2019年11月26
貼片晶振等效電路的測(cè)量工具標(biāo)準(zhǔn)
表面貼裝SMD晶體單位是現(xiàn)在電子市場(chǎng)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(guò)上億顆,海內(nèi)外專業(yè)的晶體制造商超過(guò)上萬(wàn)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(cè)量方法.一直以來(lái)貼片晶振的等效電路測(cè)試,都是重要的步驟和環(huán)節(jié),今天來(lái)給大家介紹下,日本水晶設(shè)備工業(yè)協(xié)會(huì)提出的表面安裝晶體單元測(cè)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(cè)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(cè)量指定要固定的測(cè)量工具.
1.范圍
本標(biāo)準(zhǔn)描述了兩種測(cè)量工具.
a)使用IEC60444-1中所述的等效電路的測(cè)量工具,以高達(dá)500MHz的傳輸模式進(jìn)行測(cè)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(cè)量條件下,包括測(cè)量工具.對(duì)于負(fù)載電容(pF),適用范圍為5pF或更大,稍后將介紹測(cè)量?jī)x器和負(fù)載電容(pF)轉(zhuǎn)接板的校準(zhǔn).
b)基于反射法的測(cè)量工具,適用于高達(dá)1200MHz的頻率范圍.無(wú)需增加物理負(fù)載容量.可以根據(jù)IEC60444-11測(cè)量負(fù)載共振參數(shù).注意此標(biāo)準(zhǔn)支持以下國(guó)際標(biāo)準(zhǔn).IEC60444-8:2016,石英晶體單元參數(shù)的測(cè)量-第8部分:表面安裝石英晶體諧振器單元的測(cè)試夾具
2.引用標(biāo)準(zhǔn)
下列標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的一部分.對(duì)于這些引用的標(biāo)準(zhǔn),如果有年份說(shuō)明,則僅應(yīng)用版本,而如果沒(méi)有年份說(shuō)明,則采用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶體單元參數(shù)的測(cè)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(wú)鉛晶體單元的負(fù)載電容適配器的電容校準(zhǔn)方法
3.測(cè)量規(guī)格合同
測(cè)量晶體諧振器和測(cè)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(wú)鉛晶體單元的負(fù)載共振參數(shù)時(shí),需要特別考慮.
4.無(wú)鉛表面貼裝晶體單元
4.1晶體單元的外部尺寸
對(duì)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(cè)晶體單元的頻率范圍應(yīng)在1MHz至30MHz的范圍內(nèi),而在沒(méi)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(cè)量工具的頻率范圍應(yīng)高達(dá)1200MHz.
5.測(cè)量方法和測(cè)量工具
5.1測(cè)量方法
基本測(cè)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(duì)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(cè)量值可能會(huì)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(cè)量值關(guān)聯(lián)起來(lái)時(shí),建議使用晶體單元(例如,焊盤1)的方向標(biāo)記.傳輸測(cè)試夾具的規(guī)格測(cè)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(cè)量工具的結(jié)構(gòu)在圖1和2中示出.
圖6顯示了反射測(cè)量工具的結(jié)構(gòu),該工具可以測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x和S參數(shù)測(cè)量?jī)x)以及測(cè)試夾具組成.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有基于測(cè)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(cè)量?jī)x器和連接的測(cè)試夾具而引起的誤差因素.測(cè)試夾具用于一個(gè)端口,因此可以測(cè)量反射特性.反射特性測(cè)量裝置通過(guò)校準(zhǔn)三個(gè)誤差參數(shù)來(lái)確定連接到端口的被測(cè)物體的反射特性.
6.校準(zhǔn)
6.1測(cè)量工具的校準(zhǔn)
測(cè)量需要三種類型的標(biāo)準(zhǔn)阻抗,例如短路元件(0),開(kāi)路元件(=開(kāi)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(qǐng)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(cè)量工具的測(cè)量端子之間的雜散電容存在問(wèn)題時(shí),需要進(jìn)行開(kāi)路校準(zhǔn).如果頻率很高,請(qǐng)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(qǐng)參見(jiàn)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(cè)量在1MHz下進(jìn)行,容差必須小于±0.02pF.QIAJ-B-0013無(wú)鉛晶體單元的無(wú)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(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)
在將測(cè)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(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn).使用精確的APC3.5校準(zhǔn)設(shè)備(開(kāi)路元件,短路元件,50Ω元件),其特性在測(cè)量頻帶內(nèi)得到保證.如果將電纜連接到測(cè)量工具,并且在不插入晶體諧振器的情況下進(jìn)行測(cè)量,則會(huì)發(fā)生相位誤差.為了補(bǔ)償該相位誤差,增加了電長(zhǎng)度(電長(zhǎng)度).圖8顯示了測(cè)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(cè)量精度必須足以通過(guò)測(cè)量工具,負(fù)載容量適配器和校準(zhǔn)方法來(lái)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(cè)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(huì)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(cè)量工具.
2.補(bǔ)充項(xiàng)目
1.本標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)量工具的頻率和負(fù)載能力(CL)的適用范圍如下.
(A)無(wú)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(cè)量方法時(shí),測(cè)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(cè)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(chǎng)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(guò)上億顆,海內(nèi)外專業(yè)的晶體制造商超過(guò)上萬(wàn)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(cè)量方法.一直以來(lái)貼片晶振的等效電路測(cè)試,都是重要的步驟和環(huán)節(jié),今天來(lái)給大家介紹下,日本水晶設(shè)備工業(yè)協(xié)會(huì)提出的表面安裝晶體單元測(cè)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(cè)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(cè)量指定要固定的測(cè)量工具.
1.范圍
本標(biāo)準(zhǔn)描述了兩種測(cè)量工具.
a)使用IEC60444-1中所述的等效電路的測(cè)量工具,以高達(dá)500MHz的傳輸模式進(jìn)行測(cè)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(cè)量條件下,包括測(cè)量工具.對(duì)于負(fù)載電容(pF),適用范圍為5pF或更大,稍后將介紹測(cè)量?jī)x器和負(fù)載電容(pF)轉(zhuǎn)接板的校準(zhǔn).
b)基于反射法的測(cè)量工具,適用于高達(dá)1200MHz的頻率范圍.無(wú)需增加物理負(fù)載容量.可以根據(jù)IEC60444-11測(cè)量負(fù)載共振參數(shù).注意此標(biāo)準(zhǔn)支持以下國(guó)際標(biāo)準(zhǔn).IEC60444-8:2016,石英晶體單元參數(shù)的測(cè)量-第8部分:表面安裝石英晶體諧振器單元的測(cè)試夾具
2.引用標(biāo)準(zhǔn)
下列標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的一部分.對(duì)于這些引用的標(biāo)準(zhǔn),如果有年份說(shuō)明,則僅應(yīng)用版本,而如果沒(méi)有年份說(shuō)明,則采用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶體單元參數(shù)的測(cè)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(wú)鉛晶體單元的負(fù)載電容適配器的電容校準(zhǔn)方法
3.測(cè)量規(guī)格合同
測(cè)量晶體諧振器和測(cè)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(wú)鉛晶體單元的負(fù)載共振參數(shù)時(shí),需要特別考慮.
4.無(wú)鉛表面貼裝晶體單元
4.1晶體單元的外部尺寸
對(duì)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(cè)晶體單元的頻率范圍應(yīng)在1MHz至30MHz的范圍內(nèi),而在沒(méi)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(cè)量工具的頻率范圍應(yīng)高達(dá)1200MHz.
5.測(cè)量方法和測(cè)量工具
5.1測(cè)量方法
基本測(cè)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(duì)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(cè)量值可能會(huì)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(cè)量值關(guān)聯(lián)起來(lái)時(shí),建議使用晶體單元(例如,焊盤1)的方向標(biāo)記.傳輸測(cè)試夾具的規(guī)格測(cè)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(cè)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(cè)量工具的三維結(jié)構(gòu),圖4示出了其尺寸的輪廓.測(cè)量工具必須向要測(cè)量的晶體單元的上表面施加1.96N的壓力,以確保通過(guò)表面安裝型晶體單元的端子電極與測(cè)量端子之間的接觸進(jìn)行連接.另外,測(cè)量工具被設(shè)計(jì)成維持測(cè)量精度并促進(jìn)測(cè)量工作,但是測(cè)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(cè)量誤差.需要確認(rèn)和關(guān)注.
圖3測(cè)量工具的三維視圖
圖4測(cè)量工具的尺寸圖
圖5量具的結(jié)構(gòu)
5.3反射測(cè)試治具的規(guī)格圖6顯示了反射測(cè)量工具的結(jié)構(gòu),該工具可以測(cè)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(cè)定用具の設(shè)計(jì)
該測(cè)量工具通過(guò)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(cè)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(cè)設(shè)備(DUT)固定在測(cè)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(cè)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(guò)程中必須小心,以免因過(guò)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(guò)度擰緊夾具會(huì)損壞同軸連接器或DUT.調(diào)整M5螺釘,使其不會(huì)太遠(yuǎn)進(jìn)入測(cè)量單元.5.4測(cè)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(cè)量?jī)x和S參數(shù)測(cè)量?jī)x)以及測(cè)試夾具組成.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有基于測(cè)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(cè)量?jī)x器和連接的測(cè)試夾具而引起的誤差因素.測(cè)試夾具用于一個(gè)端口,因此可以測(cè)量反射特性.反射特性測(cè)量裝置通過(guò)校準(zhǔn)三個(gè)誤差參數(shù)來(lái)確定連接到端口的被測(cè)物體的反射特性.
6.校準(zhǔn)
6.1測(cè)量工具的校準(zhǔn)
測(cè)量需要三種類型的標(biāo)準(zhǔn)阻抗,例如短路元件(0),開(kāi)路元件(=開(kāi)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(qǐng)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(cè)量工具的測(cè)量端子之間的雜散電容存在問(wèn)題時(shí),需要進(jìn)行開(kāi)路校準(zhǔn).如果頻率很高,請(qǐng)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(qǐng)參見(jiàn)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(cè)量在1MHz下進(jìn)行,容差必須小于±0.02pF.QIAJ-B-0013無(wú)鉛晶體單元的無(wú)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(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)
在將測(cè)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(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn).使用精確的APC3.5校準(zhǔn)設(shè)備(開(kāi)路元件,短路元件,50Ω元件),其特性在測(cè)量頻帶內(nèi)得到保證.如果將電纜連接到測(cè)量工具,并且在不插入晶體諧振器的情況下進(jìn)行測(cè)量,則會(huì)發(fā)生相位誤差.為了補(bǔ)償該相位誤差,增加了電長(zhǎng)度(電長(zhǎng)度).圖8顯示了測(cè)量工具的詳細(xì)結(jié)構(gòu).
圖8反射測(cè)量工具校準(zhǔn)技術(shù)
表面安裝晶體單元的測(cè)量工具標(biāo)準(zhǔn)1.成立目的
晶體單元工作頻率所需的測(cè)量精度必須足以通過(guò)測(cè)量工具,負(fù)載容量適配器和校準(zhǔn)方法來(lái)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(cè)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(huì)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(cè)量工具.
2.補(bǔ)充項(xiàng)目
1.本標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)量工具的頻率和負(fù)載能力(CL)的適用范圍如下.
(A)無(wú)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(cè)量方法時(shí),測(cè)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(cè)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(cè)量工具的等效電路
貼片晶振等效電路的測(cè)量工具標(biāo)準(zhǔn)
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