貼片諧振器負載容量適配器容量校準方法
來源：http://www.benpai.com.cn 作者：金洛鑫電子 2019年09月05
該標準適用于用于電子設備中的無引線晶體諧振器的負載電容適配器的電容校準方法.本標準采用IEC60444-8(QIAJ-B-008)中定義的π電路方法,測量負載電容,以精確確定負載下無引線(SMD)晶體單元的諧振頻率.
a)頻率范圍和負載容量范圍
(1)本標準適用的頻率范圍為1MHz至150MH.
(2)本標準的負載能力范圍為5pF以上.
注:當應用于頻率偏離1MHz至150MHz的諧振器單元時,當應用于小于5pF的負載容量時,可以通過討論客戶和供應商之間的細節來擴展頻率范圍.還不錯.這應該在合同中說明.
b)優先權
(1)如果因任何原因發生沖突,本規范應由雙方協議最終確定.
(2)如果由于任何原因,本標準與客戶的要求規范或客戶的看法之間存在差異,客戶和供應商應進行詳細會議.然后,清除此矛盾,并在合同條款,客戶要求的規格,交貨規格等中指定結果,并確認為合同之一.注意測量過程中最常見的差異是客戶應用的負載能力與供應商的負載能力之間的差異.沒有找到完全解決這種差異的方法.
一般事項:
適合環境工作條件的溫度:25℃±5℃;負載容量適配器的適用容量范圍:5pF或更多;負載容量適配器的適用容量誤差,它由貼片晶振的頻率偏差指定;負載容量適配器校準時允許的頻率偏差應為±1ppm;激勵程度:1±0.1mA;負載容量適配器顯示,無需顯示負載容量適配器.
注意負載電容適配器不應使用術語“夾具”(包括不穩定元件)來確定作為測量工具一部分的有載諧振頻率,有載等效電阻等.因此,這稱為負載容量工具或負載容量適配器.指定盡可能多的項目.建議避免在負載容量適配器的顯示中重復內容.當有效表面積的顯示量實際上受限時,要應用的顯示在單獨的標準中指定.注意避免在任何顯示屏上添加混淆.
處理負載容量適配器:
請勿跌落或撞擊負載能力適配器.如果對此應用了跌落或影響,請重新校準.
負載容量適配器:
負載能力適配器應符合IEC60444-8.IEC60444-8沒有詳細定義用于確定負載容量的校準方法.
適用的保持器:
適用的支架應為無引線貼片晶振(SMD).例如,當在QIAJ技術標準QIAJ-B-001中定義的保持架中表示時,它小于D-4/3225C.
負載容量配置:符合IEC60444-8.
注1:結構,尺寸和材料的變化會引起雜散電容的變化,一旦確定就不應輕易改變.
注2:未規定負載能力的結構,尺寸和材料.以下是推薦的示例.
校準和負載能力的測量:
采用從晶體諧振器的等效電路常數確定的方法.容量計的容量值僅用于管理.通過供應商和客戶之間的協議可以省略容量計的管理.
負載下共振頻率的測量方法:符合IEC60444-8.
電氣規格:規范的要點如下所示.
(1)負載容量適配器的容許容量是指定值±0.002pF,從頻率轉換為容量.
(2)測量電容時,從晶體單元側測量負載電容適配器的電容.
校準方法:
負載能力的確定
將根據客戶要求原型制作的晶振樣品提交給客戶,并要求客戶確認該樣品的振蕩頻率.然后,將該數據和樣品返回晶體供應商,并通過IEC60444-8的方法測量樣品的等效電路常數.根據這些數據,客戶的負載能力由計算確定.如果不采用這種方法,則使用提供給客戶的晶體諧振器或與之相當的晶體諧振器.這稱為校準晶體單元.負載容量由校準晶體單元的等效電路常數確定.
注1:等效晶體單元與提供給客戶的晶體單元的設計相同.
注2:由于可能導致負載容量校準異常,因此在±1pF的負載容量內不允許進行活動下降,頻率下降和Fo±5％側振動校準.
注3:不允許使用DLD.
原則
基于IEC60444-8,等效電路常數精確地確定在不產生DLD的激勵水平范圍內.接下來,假設存在理想的晶體單元,fr:串聯諧振頻率,fL:負載諧振頻率,C1:串聯電容,C0:并聯電容,CL:負載電容.
轉換等式(1),
如果已知,則可以確定負載容量.
校準方法
用于校準負載容量適配器容量值的測量儀器使用網絡分析儀.
程序
測量方法如下.
(1)根據IEC60444-1和IEC60444-8進行π電路方法的初始校準.
(2)選擇一個客戶要求的晶體單元作為校準SMD晶振單元.
(3)建議選擇根據客戶要求設計和制造的校準晶體單元.
(4)根據IEC60444-1和IEC60444-8測量等效電路常數.
(5)根據等式(1)確定fL.以fL為目標校準CL.
(轉動負載能力適配器微調器,使網絡分析儀上顯示的共振頻率為fL.)
使用網絡分析儀進行校準的規范如下.
(1)頻率范圍:1MHz至150MHz
(2)負載容量校準的測試能力:符合IEC60444-8.
(3)校準:OPEN(開路元件),SHORT(短元件),LOAD(25Ω或50Ω元件)
(4)讀取頻率測量值高達1Hz的數字
注意用修剪器調節音量.貼片晶振兩端之間的電容差應為1pF或更小.如果忽略這一點,則可能發生π電路的輸入/輸出阻抗的差異,導致頻移.
校準時間
校準與IEC60444-8中定義的測量系統的校準同時進行.
校準說明:
當保持架尺寸為約3.0(W)×3.0(L)×1.0(h)mm或更小時,機械Q值約為50,000或更小.利用這樣的機械Q值,π電路方法的相對測量精度約為1×10-6.因此,有載共振頻率的測量精度比這更差.結果,在制造商之間觀察到約50×10-6的誤差.應該注意,隨著石英晶振頻率變高,這變得更加突出.如果客戶確認此類現象,則客戶和供應商應進行詳細會議.然后,這個問題得到解決,結果在合同條款,客戶要求規范,交貨規范等中規定,并確認為合同之一.
測量前的準備:
(1)測量儀器,測試夾具,負載能力適配器等整個測量系統應該至少提前2小時安裝.
(2)測量儀器應至少運行2小時.
(3)檢查測量溫度是否合適.
測量過程中的注意事項和注意事項:
不要使測量系統振動.別動.不要移動電纜位置.請勿掉落負載容量適配器.如果掉線,重新校準.
測量后的處理:
不應拆卸測量系統.必須定期檢查和校準測量儀器.要測量的晶體單元要小心移動.保存或保存很重要.
溫度特性的測量:
不要讓溫度變化到負載能力適配器.因此,不應使用負載容量適配器在客戶特定條件下測量溫度特性.如果要測量溫度特性,請使用備用負載容量適配器.在這種情況下,必須使用符合IEC60444-8的負載容量適配器進行校準.振動下的測量,不要給出與沖擊相關的沖擊波或振動.
基于質量認證的定期校準:
(1)定期校準基于石英晶體進行校準.
(2)校準周期為每年一次.
(3)基于IEC60444-8,校準項目應為串聯諧振頻率和Q,R1,C1,L1和Co.如果校準時的測量結果超出前一次校準值的±1.5ppm誤差,則應適當地丟棄校準晶體單元.使用替代校準晶體單元.
(4)校準貼片晶振單元應存放在不會受到沖擊或振動的地方.氣候條件是常溫,常濕和常壓.
附錄1負載能力適配器的外部尺寸-尺寸為3.2mmx2.5mm的CL板示例
附圖2負載容量適配器的引腳安裝
圖3負載容量適配器微調器安裝圖
附錄4引腳安裝圖
附錄5CONTACT_BOARD圖-3.2mmx2.5mm尺寸的接觸板示例
本評注解釋了案文和相關事項中規定和描述的事項,并不是技術標準的一部分.
1.研究背景
理論上,需要一種等效于貼片晶振的串聯諧振頻率所需的相對頻率測量精度的負載電容適配器及其校準方法.然而,實際上,由于用于測量負載電容適配器的容量的測試夾具的結構,校準,元件材料,接地等的變化,負載的諧振頻率對于每個晶體供應器而言是不同的.
近年來,除了頻率穩定性要求之外,晶體振蕩器還具有可變頻率要求.因此,負載能力越來越低,2006年的信息約為7pF.利用該負載電容,晶體電容器電極面積與由保持架的雜散電容等決定的并聯電容之間的差值小于1/10,因此容易極大地影響負載下的諧振頻率的測量誤差.我明白了出于這個原因,人們認識到這是用戶服務方面的一個主要問題,并被提議給QIAJ技術委員會作為負載容量適配器的校準方法.
2.考慮因素
有兩種方法可以標準化負載容量適配器容量值的校準方法.
(1)使用容量計校準負載容量適配器的容量值.
(2)作為考慮使用已知的等效電路常數從校準石英水晶振子加載時的諧振頻率校準負載電容適配器的電容值的結果,由于測量精度不足而未采用(1)..在(2)中,晶體單元的雜散電容的影響不容忽視.然而,已經認識到,與方法(1)相比,可以降低負載下的共振頻率的相對測量精度.然后,方法(2)被采用,一些QIAJ成員聚集在QIAJ會議室并進行了轉發實驗.
作為考慮轉發實驗結果的結果,認識到有必要在校準晶體諧振器的等效電路常數的規范中清楚地確定包括雜散電容的等效電路常數.以下問題也得到了確認.(順序是隨機的).
1)頻率特性引起的誤差無法消除.
2)由于負載容量適配器可能無限擴展,管理方面變得復雜.
3)使用石英晶體進行校準的方法,與測量儀器制造商的現狀不符,不是一種已經滲透到客戶手中的方法,因此接受客戶需要勞動力.
因此,作為替代方案,通過添加已應用于某些現有方法和另一種方法的方法,出現了以下兩個提議.這兩個案例也包括在標準化文件中.此外,其中一個是根據客戶和制造商之間的合同選擇的.
(方法1)將晶體制造商根據客戶要求制作的樣品發送給客戶.客戶測量振蕩頻率.然后,客戶將結果和樣品返回給晶體制造商.晶體制造商測量晶體單元的等效電路常數,IEC60444方法和樣品由客戶測量,振蕩頻率由客戶測量.根據這些結果,確定客戶振蕩電路的負載容量.使用晶體制造商的負載能力值與客戶聯系并簽訂合同.注意此方法需要時間,但是已應用的方法之一.
(方法2)可以說客戶有一個專用于晶體單元的測量儀器.由于該測量裝置通過計算晶體諧振器的等效電路常數來確定負載容量,因此可以消除由于使用校準晶體諧振器的方法產生的頻率特性引起的誤差.因此,當客戶通過模擬確定負載容量時,此方法是有效的.
注:為了消除保持架并聯容量的影響,有一種通過將電感器與保持架并聯連接來中和并聯容量的方法.在該方法中,由于測試夾具和負載能力適配器的尺寸,難以確保電感器的適用區域,并且不采用該方法.
a)頻率范圍和負載容量范圍
(1)本標準適用的頻率范圍為1MHz至150MH.
(2)本標準的負載能力范圍為5pF以上.
注:當應用于頻率偏離1MHz至150MHz的諧振器單元時,當應用于小于5pF的負載容量時,可以通過討論客戶和供應商之間的細節來擴展頻率范圍.還不錯.這應該在合同中說明.
b)優先權
(1)如果因任何原因發生沖突,本規范應由雙方協議最終確定.
(2)如果由于任何原因,本標準與客戶的要求規范或客戶的看法之間存在差異,客戶和供應商應進行詳細會議.然后,清除此矛盾,并在合同條款,客戶要求的規格,交貨規格等中指定結果,并確認為合同之一.注意測量過程中最常見的差異是客戶應用的負載能力與供應商的負載能力之間的差異.沒有找到完全解決這種差異的方法.
一般事項:
適合環境工作條件的溫度:25℃±5℃;負載容量適配器的適用容量范圍:5pF或更多;負載容量適配器的適用容量誤差,它由貼片晶振的頻率偏差指定;負載容量適配器校準時允許的頻率偏差應為±1ppm;激勵程度:1±0.1mA;負載容量適配器顯示,無需顯示負載容量適配器.
注意負載電容適配器不應使用術語“夾具”(包括不穩定元件)來確定作為測量工具一部分的有載諧振頻率,有載等效電阻等.因此,這稱為負載容量工具或負載容量適配器.指定盡可能多的項目.建議避免在負載容量適配器的顯示中重復內容.當有效表面積的顯示量實際上受限時,要應用的顯示在單獨的標準中指定.注意避免在任何顯示屏上添加混淆.
處理負載容量適配器:
請勿跌落或撞擊負載能力適配器.如果對此應用了跌落或影響,請重新校準.
負載容量適配器:
負載能力適配器應符合IEC60444-8.IEC60444-8沒有詳細定義用于確定負載容量的校準方法.
適用的保持器:
適用的支架應為無引線貼片晶振(SMD).例如,當在QIAJ技術標準QIAJ-B-001中定義的保持架中表示時,它小于D-4/3225C.
負載容量配置:符合IEC60444-8.
注1:結構,尺寸和材料的變化會引起雜散電容的變化,一旦確定就不應輕易改變.
注2:未規定負載能力的結構,尺寸和材料.以下是推薦的示例.
校準和負載能力的測量:
采用從晶體諧振器的等效電路常數確定的方法.容量計的容量值僅用于管理.通過供應商和客戶之間的協議可以省略容量計的管理.
負載下共振頻率的測量方法:符合IEC60444-8.
電氣規格:規范的要點如下所示.
(1)負載容量適配器的容許容量是指定值±0.002pF,從頻率轉換為容量.
(2)測量電容時,從晶體單元側測量負載電容適配器的電容.
校準方法:
負載能力的確定
將根據客戶要求原型制作的晶振樣品提交給客戶,并要求客戶確認該樣品的振蕩頻率.然后,將該數據和樣品返回晶體供應商,并通過IEC60444-8的方法測量樣品的等效電路常數.根據這些數據,客戶的負載能力由計算確定.如果不采用這種方法,則使用提供給客戶的晶體諧振器或與之相當的晶體諧振器.這稱為校準晶體單元.負載容量由校準晶體單元的等效電路常數確定.
注1:等效晶體單元與提供給客戶的晶體單元的設計相同.
注2:由于可能導致負載容量校準異常,因此在±1pF的負載容量內不允許進行活動下降,頻率下降和Fo±5％側振動校準.
注3:不允許使用DLD.
原則
基于IEC60444-8,等效電路常數精確地確定在不產生DLD的激勵水平范圍內.接下來,假設存在理想的晶體單元,fr:串聯諧振頻率,fL:負載諧振頻率,C1:串聯電容,C0:并聯電容,CL:負載電容.
轉換等式(1),
如果已知,則可以確定負載容量.
校準方法
用于校準負載容量適配器容量值的測量儀器使用網絡分析儀.
程序
測量方法如下.
(1)根據IEC60444-1和IEC60444-8進行π電路方法的初始校準.
(2)選擇一個客戶要求的晶體單元作為校準SMD晶振單元.
(3)建議選擇根據客戶要求設計和制造的校準晶體單元.
(4)根據IEC60444-1和IEC60444-8測量等效電路常數.
(5)根據等式(1)確定fL.以fL為目標校準CL.
(轉動負載能力適配器微調器,使網絡分析儀上顯示的共振頻率為fL.)
使用網絡分析儀進行校準的規范如下.
(1)頻率范圍:1MHz至150MHz
(2)負載容量校準的測試能力:符合IEC60444-8.
(3)校準:OPEN(開路元件),SHORT(短元件),LOAD(25Ω或50Ω元件)
(4)讀取頻率測量值高達1Hz的數字
注意用修剪器調節音量.貼片晶振兩端之間的電容差應為1pF或更小.如果忽略這一點,則可能發生π電路的輸入/輸出阻抗的差異,導致頻移.
校準時間
校準與IEC60444-8中定義的測量系統的校準同時進行.
校準說明:
當保持架尺寸為約3.0(W)×3.0(L)×1.0(h)mm或更小時,機械Q值約為50,000或更小.利用這樣的機械Q值,π電路方法的相對測量精度約為1×10-6.因此,有載共振頻率的測量精度比這更差.結果,在制造商之間觀察到約50×10-6的誤差.應該注意,隨著石英晶振頻率變高,這變得更加突出.如果客戶確認此類現象,則客戶和供應商應進行詳細會議.然后,這個問題得到解決,結果在合同條款,客戶要求規范,交貨規范等中規定,并確認為合同之一.
測量前的準備:
(1)測量儀器,測試夾具,負載能力適配器等整個測量系統應該至少提前2小時安裝.
(2)測量儀器應至少運行2小時.
(3)檢查測量溫度是否合適.
測量過程中的注意事項和注意事項:
不要使測量系統振動.別動.不要移動電纜位置.請勿掉落負載容量適配器.如果掉線,重新校準.
測量后的處理:
不應拆卸測量系統.必須定期檢查和校準測量儀器.要測量的晶體單元要小心移動.保存或保存很重要.
溫度特性的測量:
不要讓溫度變化到負載能力適配器.因此,不應使用負載容量適配器在客戶特定條件下測量溫度特性.如果要測量溫度特性,請使用備用負載容量適配器.在這種情況下,必須使用符合IEC60444-8的負載容量適配器進行校準.振動下的測量,不要給出與沖擊相關的沖擊波或振動.
基于質量認證的定期校準:
(1)定期校準基于石英晶體進行校準.
(2)校準周期為每年一次.
(3)基于IEC60444-8,校準項目應為串聯諧振頻率和Q,R1,C1,L1和Co.如果校準時的測量結果超出前一次校準值的±1.5ppm誤差,則應適當地丟棄校準晶體單元.使用替代校準晶體單元.
(4)校準貼片晶振單元應存放在不會受到沖擊或振動的地方.氣候條件是常溫,常濕和常壓.
附錄1負載能力適配器的外部尺寸-尺寸為3.2mmx2.5mm的CL板示例
附圖2負載容量適配器的引腳安裝
圖3負載容量適配器微調器安裝圖
附錄4引腳安裝圖
附錄5CONTACT_BOARD圖-3.2mmx2.5mm尺寸的接觸板示例
1.研究背景
理論上,需要一種等效于貼片晶振的串聯諧振頻率所需的相對頻率測量精度的負載電容適配器及其校準方法.然而,實際上,由于用于測量負載電容適配器的容量的測試夾具的結構,校準,元件材料,接地等的變化,負載的諧振頻率對于每個晶體供應器而言是不同的.
近年來,除了頻率穩定性要求之外,晶體振蕩器還具有可變頻率要求.因此,負載能力越來越低,2006年的信息約為7pF.利用該負載電容,晶體電容器電極面積與由保持架的雜散電容等決定的并聯電容之間的差值小于1/10,因此容易極大地影響負載下的諧振頻率的測量誤差.我明白了出于這個原因,人們認識到這是用戶服務方面的一個主要問題,并被提議給QIAJ技術委員會作為負載容量適配器的校準方法.
2.考慮因素
有兩種方法可以標準化負載容量適配器容量值的校準方法.
(1)使用容量計校準負載容量適配器的容量值.
(2)作為考慮使用已知的等效電路常數從校準石英水晶振子加載時的諧振頻率校準負載電容適配器的電容值的結果,由于測量精度不足而未采用(1)..在(2)中,晶體單元的雜散電容的影響不容忽視.然而,已經認識到,與方法(1)相比,可以降低負載下的共振頻率的相對測量精度.然后,方法(2)被采用,一些QIAJ成員聚集在QIAJ會議室并進行了轉發實驗.
作為考慮轉發實驗結果的結果,認識到有必要在校準晶體諧振器的等效電路常數的規范中清楚地確定包括雜散電容的等效電路常數.以下問題也得到了確認.(順序是隨機的).
1)頻率特性引起的誤差無法消除.
2)由于負載容量適配器可能無限擴展,管理方面變得復雜.
3)使用石英晶體進行校準的方法,與測量儀器制造商的現狀不符,不是一種已經滲透到客戶手中的方法,因此接受客戶需要勞動力.
因此,作為替代方案,通過添加已應用于某些現有方法和另一種方法的方法,出現了以下兩個提議.這兩個案例也包括在標準化文件中.此外,其中一個是根據客戶和制造商之間的合同選擇的.
(方法1)將晶體制造商根據客戶要求制作的樣品發送給客戶.客戶測量振蕩頻率.然后,客戶將結果和樣品返回給晶體制造商.晶體制造商測量晶體單元的等效電路常數,IEC60444方法和樣品由客戶測量,振蕩頻率由客戶測量.根據這些結果,確定客戶振蕩電路的負載容量.使用晶體制造商的負載能力值與客戶聯系并簽訂合同.注意此方法需要時間,但是已應用的方法之一.
(方法2)可以說客戶有一個專用于晶體單元的測量儀器.由于該測量裝置通過計算晶體諧振器的等效電路常數來確定負載容量,因此可以消除由于使用校準晶體諧振器的方法產生的頻率特性引起的誤差.因此,當客戶通過模擬確定負載容量時,此方法是有效的.
注:為了消除保持架并聯容量的影響,有一種通過將電感器與保持架并聯連接來中和并聯容量的方法.在該方法中,由于測試夾具和負載能力適配器的尺寸,難以確保電感器的適用區域,并且不采用該方法.
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