CN104833849A - 石英晶体串联谐振频率测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种石英晶体串联谐振频率测试方法可包括：将具有相同频率的第一和第二正弦信号分别施加到π网络和平衡电阻器，石英晶体插入π网络；使得第一正弦信号的相位比第二正弦信号超前第一预定角度，第一和第二正弦信号的输出频率从低到高变化，当π网络输出端的第一输出信号和平衡电阻器输出端的第二输出信号之间的相位差为零时，此时第一和第二正弦信号的频率为石英晶体的第一预定角度频率；使得第一正弦信号的相位比第二正弦信号落后第二预定角度，第一和第二正弦信号的输出频率从低到高变化，当第一和第二输出信号之间的相位差为零时，此时第一和第二正弦信号的频率为石英晶体的第二预定角度频率；根据第一和第二预定角度频率计算串联谐振频率。
Description
技术领域
本发明涉及石英晶体电参数测试领域，更具体地讲，涉及一种石英晶体谐振频率测试方法。
背景技术
石英晶体谐振器(以下简称石英晶体)是一种广泛应用于通信、计算机、电子仪表、家用电器等各个领域的元件。石英晶体具有频率稳定性好、品质因数高、成本低等优点。随着电子信息产业的飞速发展，尤其是数字电子技术的广泛应用，石英晶体的市场需求快速增长，石英晶体生产行业发展迅速。石英晶体串联谐振频率是石英晶体最重要的电参数，石英晶体的很多其它电参数(例如动态电容、动态电感等)均是基于串联谐振频率的值而测得的。
因此需要一种有效、准确的石英晶体串联谐振频率测试方法。
发明内容
本发明提供一种石英晶体串联谐振频率测试方法，该方法包括：将具有相同预定频率的第一正弦信号和第二正弦信号分别施加到π网络和平衡电阻器，其中，π网络连接到石英晶体的两端；使得第一正弦信号的相位比第二正弦信号的相位超前第一预定角度，第一正弦信号和第二正弦信号的输出频率按照预定频距从低到高同步变化，检测π网络输出端的第一输出信号的相位和平衡电阻器输出端的第二输出信号的相位，当第一输出信号和第二输出信号之间的相位差为零时，此时第一正弦信号和第二正弦信号的频率为石英晶体的第一预定角度频率；使得第一正弦信号的相位比第二正弦信号的相位落后第二预定角度，第一正弦信号和第二正弦信号的输出频率按照预定频距从低到高同步变化，检测π网络输出端的第一输出信号的相位和平衡电阻器输出端的第二输出信号的相位，当第一输出信号和第二输出信号之间的相位差为零时，此时第一正弦信号和第二正弦信号的频率为石英晶体的第二预定角度频率；根据石英晶体的第一预定角度频率和第二预定角度频率计算石英晶体串联谐振频率。
第二预定角度可与第一预定角度在绝对值上相等。
石英晶体串联谐振频率可等于第一预定角度频率和第二预定角度频率的平均值。
第一预定角度可在30°-60°的范围内，第二预定角度可在30°-60°的范围内。
第一预定角度可为45°，第二预定角度可为45°。
π网络可包括：第一电阻器，第一正弦信号施加到第一电阻器；第二电阻器，与第一电阻器并联；第三电阻器，连接在第一电阻器和第二电阻器之间；第四电阻器，与第二电阻器并联；第五电阻器，与第四电阻器并联；第六电阻器，连接在第四电阻器和第五电阻器之间，
石英晶体可连接在第二电阻器和第三电阻器之间的节点与第四电阻器和第六电阻器之间的节点之间，第五电阻器和第六电阻器之间的节点可作为π网络输出端。
可通过多通道直接数字频率合成器来产生同频且彼此相位差可变的第一正弦信号和第二正弦信号。
附图说明
通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：
图1是根据本发明的石英晶体串联谐振频率测试原理框图；
图2是根据本发明的石英晶体串联谐振频率测试方法的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1是根据本发明的石英晶体串联谐振频率测试原理框图。
参照图1，Y为被测石英晶体，Vsin1和Vsin2是两个同频正弦信号源，能够输出具有预定频率的正弦信号。石英晶体Y插入到π网络中，π网络连接到石英晶体Y的两端。第一正弦信号源Vsin1将第一正弦信号S1施加到π网络。R7是平衡电阻器，第二正弦信号源Vsin2将第二正弦信号S2施加到平衡电阻器R7。第一正弦信号S1和第二正弦信号S2同频，第一正弦信号S1和第二正弦信号S2之间的相位关系可以根据需要被设定。
第一正弦信号源Vsin1和第二正弦信号源Vsin2可以是多通道直接数字频率合成器(DDS)的不同输出端口。多通道直接数字频率合成器可产生同频且彼此相位差可变的多路正弦信号，多路正弦信号之间的相位可根据需要被设定。
矢量电压表用于测试π网络输出端的输出信号和平衡电阻器R7输出端的输出信号之间的零相位。
π网络可以是纯阻抗网络。π网络可包括：第一电阻器R1，连接到第一正弦信号源Vsin1；第二电阻器R2，与第一电阻器R1并联；第三电阻器R3，连接在第一电阻器R1和第二电阻器R2之间；第四电阻器R4，与第二电阻器R2并联；第五电阻器R5，与第四电阻器R4并联；第六电阻器R6，连接在第四电阻器R4和第五电阻器R5之间。石英晶体连接在第二电阻器R2和第三电阻器R3之间的节点与第四电阻器R4和第六电阻器R6之间的节点之间。第五电阻器R5和第六电阻器R6之间的节点可作为π网络输出端。电阻器R1、R2、R3以及电阻器R4、R5、R6构成两个对称π型电阻网络。V1是π网络输出端的输出信号，是矢量电压信号。π网络输出端的输出信号V1输入到矢量电压表。
例如，第一电阻器至第六电阻器的各个电阻值为R1＝R5＝159Ω，R2＝R4＝14.2Ω，R3＝R6＝66.2Ω。
平衡电阻器R7的输出端的输出信号V2输入到矢量电压表。例如，R7＝1000Ω(1KΩ)。
下面描述石英晶体串联谐振频率测试原理。
首先将石英晶体Y接入π网络，第一正弦信号源Vsin1和第二正弦信号源Vsin2可分别输出同频的第一正弦信号S1和第二正弦信号S2。
第一正弦信号S1和第二正弦信号S2之间的相位关系如下：首先使得第一正弦信号S1的相位比第二正弦信号S2的相位超前第一预定角度(第一预定角度可以在30°-60°的范围内，优选为45°)，然后保持第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的频率相同，相位关系不变，输出频率按照预定频距从低到高同步变化，并分别激励π网络和平衡电阻器R7，矢量电压表同步测试π网络输出端的输出信号V1的相位和平衡电阻器R7输出端的输出信号V2的相位，当输出信号V1和V2之间的相位差为零时，此时第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的频率即为石英晶体的第一预定角度频率(例如-45°频率)，记为F1。
接着，使得第一正弦信号S1的相位比第二正弦信号S2的相位落后第二预定角度，第二预定角度可与第一预定角度在绝对值上相等(第二预定角度可以在30°-60°的范围内，优选为45°)，然后保持第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的频率相同，相位关系不变，输出频率按照预定频距从低到高同步变化，并分别激励π网络和平衡电阻器R7，矢量电压表同步测试π网络输出端的输出信号V1的相位和平衡电阻器R7输出端的输出信号V2的相位，当输出信号V1和V2之间的相位差为零时，此时第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的频率即为石英晶体的第二预定角度频率(例如45°频率)，记为F2。
最后，根据石英晶体的第一预定角度频率和第二预定角度频率计算石英晶体串联谐振频率Fr。具体地，在第二预定角度与第一预定角度在绝对值上相等的情况下，石英晶体串联谐振频率Fr等于第一预定角度频率和第二预定角度频率的平均值，即，Fr＝(F1+F2)/2。
下面参照图2描述根据本发明的石英晶体串联谐振频率测试方法。图2是根据本发明的石英晶体串联谐振频率测试方法的流程图。
参照图2，在步骤201，将具有相同预定频率的第一正弦信号S1和第二正弦信号S2分别施加到π网络和平衡电阻器，其中，π网络连接到石英晶体的两端。
在步骤202，使得第一正弦信号S1的相位比第二正弦信号S2的相位超前第一预定角度，第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的输出频率按照预定频距从低到高同步变化，检测π网络输出端的第一输出信号V1的相位和平衡电阻器输出端的第二输出信号V2的相位，当第一输出信号V1和第二输出信号V2之间的相位差为零时，此时第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的频率为石英晶体的第一预定角度频率F1；
在步骤203，使得第一正弦信号S1的相位比第二正弦信号S2的相位落后第二预定角度，第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的输出频率按照预定频距从低到高同步变化，检测π网络输出端的第一输出信号V1的相位和平衡电阻器输出端的第二输出信号V2的相位，当第一输出信号V1和第二输出信号V2之间的相位差为零时，此时第一正弦信号S1和第二正弦信号S2的频率为石英晶体的第二预定角度频率F2；
在步骤204，根据石英晶体的第一预定角度频率F1和第二预定角度频率F2计算石英晶体串联谐振频率Fr。
如上所述，在第二预定角度与第一预定角度在绝对值上相等的情况下，石英晶体串联谐振频率Fr等于第一预定角度频率和第二预定角度频率的平均值，即，Fr＝(F1+F2)/2。
需要指出的是，现有的石英晶体串联谐振频率测试方法通常采用直接测量(而非计算)串联谐振频率的方法。当石英晶体谐振时，石英晶体表现出纯阻抗性质，石英晶体只有阻抗分量，而石英晶体的容抗分量和感抗分量之和为零，因此石英晶体两端的相位差为零。因此，在现有的石英晶体串联谐振频率测试方法中，将具有预定频率的正弦信号施加到π网络两端(石英晶体插入到π网络中)，然后改变正弦信号的频率，同时检测π网络两端的相位差，当π网络两端的相位差为零时，此时施加的正弦信号的频率即为石英晶体串联谐振频率。
然而，在本发明中，先测量石英晶体的多个预定角度频率，根据测量的多个预定角度频率来计算石英晶体串联谐振频率，可避免偶然误差，提高测试精度。
因此，根据本发明的石英晶体串联谐振频率测试方法可有效、准确地测试石英晶体的串联谐振频率。
虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。
Claims (8)
1.一种石英晶体串联谐振频率测试方法，包括：
将具有相同预定频率的第一正弦信号和第二正弦信号分别施加到π网络和平衡电阻器，其中，π网络连接到石英晶体的两端；
使得第一正弦信号的相位比第二正弦信号的相位超前第一预定角度，第一正弦信号和第二正弦信号的输出频率按照预定频距从低到高同步变化，检测π网络输出端的第一输出信号的相位和平衡电阻器输出端的第二输出信号的相位，当第一输出信号和第二输出信号之间的相位差为零时，此时第一正弦信号和第二正弦信号的频率为石英晶体的第一预定角度频率；
使得第一正弦信号的相位比第二正弦信号的相位落后第二预定角度，第一正弦信号和第二正弦信号的输出频率按照预定频距从低到高同步变化，检测π网络输出端的第一输出信号的相位和平衡电阻器输出端的第二输出信号的相位，当第一输出信号和第二输出信号之间的相位差为零时，此时第一正弦信号和第二正弦信号的频率为石英晶体的第二预定角度频率；
根据石英晶体的第一预定角度频率和第二预定角度频率计算石英晶体串联谐振频率。
2.根据权利要求1所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，第二预定角度与第一预定角度在绝对值上相等。
3.根据权利要求1所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，石英晶体串联谐振频率等于第一预定角度频率和第二预定角度频率的平均值。
4.根据权利要求2所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，第一预定角度在30°-60°的范围内，第二预定角度在30°-60°的范围内。
5.根据权利要求4所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，第一预定角度为45°，第二预定角度为45°。
6.根据权利要求1所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，π网络包括：第一电阻器，第一正弦信号施加到第一电阻器；第二电阻器，与第一电阻器并联；第三电阻器，连接在第一电阻器和第二电阻器之间；第四电阻器，与第二电阻器并联；第五电阻器，与第四电阻器并联；第六电阻器，连接在第四电阻器和第五电阻器之间。
7.根据权利要求6所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，石英晶体连接在第二电阻器和第三电阻器之间的节点与第四电阻器和第六电阻器之间的节点之间，第五电阻器和第六电阻器之间的节点作为π网络输出端。
8.根据权利要求1所述的石英晶体串联谐振频率测试方法，其中，通过多通道直接数字频率合成器来产生同频且彼此相位差可变的第一正弦信号和第二正弦信号。
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