CN109239568A

CN109239568A - 一种用于石英谐振器的测试电路及测试装置

Info

Publication number: CN109239568A
Application number: CN201811220647.XA
Authority: CN
Inventors: 韩艳菊; 潘立虎; 彭慧丽; 郑鸿耀; 罗梦佳; 苏霞
Original assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2019-01-18
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: CN109239568B

Abstract

本发明公开一种用于石英谐振器的测试电路及测试装置，所述电路包括：可接入石英谐振器参数测试夹具的第一信号端和第二信号端，频率调节模块、频率展宽网络模块、压控或电调网络模块以及抑制网络模块，待测石英谐振器连接在所述频率调节模块和所述频率展宽网络模块之间。本发明通过将晶体振荡器振荡回路中的实际元件串联在石英谐振器支路中，达到真实模拟石英谐振器负载情况的目的，拓展了商用石英谐振器测试装置中的负载种类，可提高判断石英谐振器是否适用的准确性，并且，本发明的电路可以通过短接等手段使得部分元件失效，从而可以模拟不同的真实环境，进而具有更广的适用性，最后本发明的装置简便易操作，准确性高，具有较强的实用性。

Description

一种用于石英谐振器的测试电路及测试装置

技术领域

本发明涉及晶体振荡器技术领域。更具体地，涉及一种用于石英谐振器的测试电路及测试装置。

背景技术

石英谐振器是晶体振荡器中核心元件，其性能在很大程度上决定着整个振荡器的性能。晶体振荡器中常用的电容三点式振荡电路如图1所示，谐振回路由石英谐振器和两个反馈电容组成。振荡电路的稳定工作需要石英谐振器具有良好的谐振特性，即在等效负载条件下石英谐振器的谐振频率应在振荡器工作频率附近，且寄生频率尽量少，寄生频率处的幅度尽量低。为了实现这个目的，通常先计算电容Cb1和Cb2的等效电容CL，然后使用商用石英谐振器参数测试装置，在石英谐振器Gx负载电容为CL的条件下进行石英谐振器参数测试，测试电路如图2所示。

在大部分的实际振荡电路中，为了实现频率调整、泛音模式抑制等功能时，谐振回路中还会包括调频电容和电感，以及由电感和电容串并联组合构成的模式抑制电路，石英谐振器负载情况比图1中复杂得多，石英谐振器的等效负载电容很难准确计算，而进行石英谐振器参数测试的商用装置仅能提供容性负载。并且，石英谐振器寄生与主谐振之间的频率差和幅度差等特性都会随着石英谐振器负载的变化而变化。因此，石英谐振器的测试条件与实际使用条件差距较大，无法获得准确的测试结果。当石英谐振器的寄生较小且距离主谐振频率较远时，使用商用测试装置不易发现，有时为了确认寄生现象可能需要反复微调负载电容，耗时长、效率低，导致对于寄生频率的影响不能进行恰当评估，无法及时排除寄生引起的跳频等异常现象，严重影响产品合格率和使用可靠性。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本发明的一个方面提供了一种用于石英谐振器的测试电路，包括：

可接入石英谐振器参数测试夹具的第一信号端和第二信号端，

依次耦接在第一信号端和第二信号端之间的频率调节模块、频率展宽网络模块、压控或电调网络模块以及抑制网络模块，

其中，待测石英谐振器连接在所述频率调节模块和所述频率展宽网络模块之间；

所述频率调节模块用于调节所述测试电路的谐振频率；

所述频率展宽网络模块用于展宽所述测试电路的可谐振频率范围；

所述压控或电调网络模块用于调整晶体振荡器随外加控制电压变化的频率范围；

所述抑制网络模块用于抑制石英谐振器的泛音、B模振动。

优选地，所述测试电路进一步包括：

隔离模块，用于所述第一信号端和外部电路的直流信号隔离；和/或所述第二信号端和外部电路的直流信号隔离。

优选地，所述频率调节模块包括调节电容。

优选地，所述频率展宽网络模块包括：

并联设置的第一电感和调谐电容。

优选地，所述压控或电调网络模块包括：

串联在所述频率展宽网络模块和抑制网络模块之间的调节电容和至少一个第一电容；

并联连接在所述至少一个第一电容的两端的变容二极管；以及

分别连接在所述变容二极管一端的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻远离所述变容二极管的一端接入输入电压信号，所述第二电阻远离所述变容二极管的一端接入接地端。

优选地，所述压控或电调网络模块包括：

连接在所述频率展宽网络模块和所述抑制网络模块之间的变容二极管；以及

优选地，所述压控或电调网络模块还包括：与所述第一电阻和第二电阻各自远离所述变容二极管的一端连接的第二电容。

优选地，所述抑制网络模块包括：

与所述压控或电调网络串联的第三电容和抑制电感；

并联连接在所述抑制电感远离所述第三电容一端的第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感，所述第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感的另一端与所述隔离模块连接；

或者，所述抑制网络模块包括：

与所述压控或电调网络串联的第三电容和抑制电感；

并联连接在所述抑制电感远离所述第三电容一端的第二电感以及第四电容，所述第二电感以及第四电容的另一端与所述隔离模块连接；

或者，所述抑制网络模块包括：

与所述压控或电调网络串联的第三电容；

并联连接在所述第三电容一端的第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感，所述第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感的另一端与所述隔离模块连接。

本发明第二方面提供一种石英谐振器测试装置，包括石英谐振器参数测试夹具，和上所述的测试电路，

所述测试电路的第一信号端连接第一插针、第二信号端连接第二插针，所述第一插针和所述第二插针分别插入所述石英谐振器参数测试夹具上对应的插孔，从而使得所述测试电路与所述石英谐振器参数测试夹具形成电连接。

优选地，所述石英谐振器参数测试装置包括印刷电路板，所述印刷电路板包括有所述测试电路。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种用于石英谐振器的测试电路及测试装置，通过将振荡回路中的实际元件串联在石英谐振器支路中，达到真实模拟石英谐振器负载情况的目的，拓展了商用石英谐振器测试装置中的负载种类，并可快速发现工作频率附近的寄生现象，可提高判断石英谐振器是否适用的准确性和效率，并且，本发明的电路可以通过短接等手段使得部分元件失效，从而可以模拟不同的真实环境，进而具有更广的适用性，最后本发明的装置简便易操作，准确性高，具有较强的实用性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出背景技术的振荡电路原理示意图。

图2示出背景技术的石英谐振器测试电路示意图。

图3示出本发明实施例中测试电路的电路结构示意图。

图4示出本发明实施例的测试装置示意图之一。

图5示出本发明实施例的测试装置示意图之二。

图6示出本发明实施例利用所述测试电路进行测试的方法流程示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种截面图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及他们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

石英谐振器的测试条件与实际使用条件差距较大，无法获得准确的测试结果，对于寄生频率的影响也不能进行恰当评估，导致不能及时排除寄生引起的跳频等异常现象，严重影响产品合格率和使用可靠性。

有鉴于此，本发明实施例提供一种用于石英谐振器的测试电路，结合图3，包括：可接入石英谐振器参数测试夹具的第一信号端和第二信号端，所述第一信号端和第二信号端的其中一个输入信号，另一个输出信号；第一信号端通过第一插针X1接入石英谐振器参数测试夹具，第二信号端通过第二插针X2接入石英谐振器参数测试夹具。依次耦接在第一插针X1和第二插针X2之间的频率调节模1、频率展宽网络模块2、压控或电调网络模块3以及抑制网络模块4，其中，待测石英谐振器连接在所述频率调节模块1和所述频率展宽网络模块2之间；所述频率调节模块1用于调节所述测试电路的谐振频率；所述频率展宽网络模块2用于展宽所述测试电路的可谐振频率范围；所述压控或电调网络模块3用于调整晶体振荡器随外加控制电压变化的频率范围；所述抑制网络模块4用于抑制石英谐振器不需要的泛音和B模等振动。

本发明提供一种用于石英谐振器的测试电路，通过将振荡回路中的实际元件串联在石英谐振器支路中，达到真实模拟石英谐振器负载情况的目的，拓展了商用石英谐振器测试装置中的负载种类，可提高判断石英谐振器是否适用的准确性和效率，并且，本发明的电路可以通过短接等手段使得部分元件失效，从而可以模拟不同的真实环境，进而具有更广的适用性，最后本发明的装置简便易操作，准确性高，具有较强的实用性。

在一个具体实施例中，所述频率调节模块包括调节电容(图中的电容C2)。

优选地，所述测试电路进一步包括：隔离模块5，用于所述第一信号端和/或输出端和外部电路的直流信号隔离。即，第一信号端和第二信号端的至少一个均可以设置隔离模块。换句话说，在一个具体实施例中，第一信号端或者输出端的其中一个设置了隔离模块，或者第一信号端和第二信号端均设置了隔离模块。优选地，隔离模块可以是隔离电容，例如，图中的C3主要是和C2一起用于隔离测试装置与商用石英谐振器参数测试夹具之间的直流信号，以确保测试装置与商用夹具互相之间不会由于直流引起不必要的损伤。

进一步的，在一个实施例中，所述频率展宽网络模块包括：并联设置的第一电感(图中的Lt)和抑制电容(图中的Cs)。

在一个可选的实施例中，可以选择一个较大的电感代替并联设置的第一电感(图中的Lt)和抑制电容(图中的Cs)。

此外，在图3中的实施例中，所述压控或电调网络模块包括：串联在所述频率展宽网络模块和抑制网络模块之间的调节电容(图中的Ct)和至少一个第一电容(图中的C5)；并联连接在所述至少一个第一电容的两端的变容二极管(图中的D1)；以及分别连接在所述变容二极管一端的第一电阻(图中的R1)和第二电阻(图中的R2)，所述第一电阻远离所述变容二极管的一端接入输入电压信号(Vc)，所述第二电阻远离所述变容二极管的一端接入接地端(GND)。

但是，结合图3所示，电容Ct和C5在使用中需要根据要求的压控范围进行调节。在有些情况下，Ct可能会用短路线代替，C5可能会用开路代替，此时压控范围比Ct和C5都存在时要大。

因此，在另一个图中未示出的实施例中，所述压控或电调网络模块包括：连接在所述频率展宽网络模块和所述抑制网络模块之间的变容二极管；以及分别连接在所述变容二极管一端的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻远离所述变容二极管的一端接入输入电压信号，所述第二电阻远离所述变容二极管的一端接入接地端。

此外，为了滤除控制电压Vc上的纹波等干扰，可以设置第二电容(图中的C6)，即所述压控或电调网络模块还包括：与所述第一电阻和第二电阻各自远离所述变容二极管的一端连接的第二电容。进一步的，在图3中示出的实施例中，所述抑制网络模块包括：与所述压控或电调网络串联的第三电容(图中的C4)和抑制电感(图中的Ls)；并联连接在所述抑制电感远离所述第三电容一端的第二电感(图中的L2)以及串联在一起的第四电容和第三电感(图中的L1)，所述第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感的另一端与所述隔离模块连接。

该实施例为较为全面的抑制网络形式，但实质上，抑制网络模块也可以采用其他形式，例如，在一个可选的实施例中，所述抑制网络模块包括：与所述压控或电调网络串联的第三电容和抑制电感；并联连接在所述抑制电感远离所述第三电容一端的第二电感以及第四电容，所述第二电感以及第四电容的另一端与所述隔离模块连接。

或者，在另一个可选的实施例中，所述抑制网络模块包括：与所述压控或电调网络串联的第三电容；并联连接所述第三电容一端的第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感，所述第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感的另一端与所述隔离模块连接。

上述三种抑制网络模块的具体结构可以根据需要设置，本发明不予赘述。

下面对图3进行详细描述，本发明的电路包括：石英谐振器G1，电感Lt和Ls、电容Ct和Cs、电感L1和L2、电容C1～C6、变容二极管D1、电阻R1和R2、第一插针(本实施例中为印制板第一信号端插针)X1和第二插针(本实施例中为输出端插针)X2、压控电压正端接线柱接入输入电压信号Vc、压控电压负端接地柱接入接地端GND、螺柱和螺母。电容C2的一端为测试电路第一信号端，通过印制板第一信号端插针X1连接到商用石英谐振器参数测试装置的一端。电容C2的另一端与石英谐振器插孔G1的一端连接。石英谐振器插孔G1的另一端与电感Lt的一端连接。电感Lt的另一端与电容Ct的一端连接。电容Cs与电感Lt并联。电容Ct的另一端与电容C5的一端、变容二极管D1的一端、电阻R1的一端连接。电容C5的另一端、变容二极管D1的另一端和电阻R2的一端与电容C4的一端连接。电阻R1的另一端与电容C6的一端连接，并连接到压控电压正端接线柱。压控电压正端接线柱Vc与外加压控电源的正端相连。电阻R2的另一端与电容C6的另一端连接，并与接地柱连接。接地柱与外加压控电源的负端相连。电容C4的另一端与电感Ls连接。电感Ls的另一端与电容C1的一端和电感L2的一端连接。电容C1的另一端与电感L1的一端连接。电感L1的另一端和电感L2的另一端与电容C3的一端连接。电容C3的另一端为测试电路第二信号端，通过印制板第二信号端插针X2连接到商用石英谐振器参数测试装置的另一端。印制板的边缘通过螺柱和螺母支撑，放置在商用测试夹具上方，以使印制板距离商用测试夹具上石英谐振器插孔位置不要太近。测试时，石英谐振器插入石英谐振器插孔G1的对应位置，并且印制板输入端插针X1和输出端插针X2插入商用石英谐振器参数测试夹具对应的插孔中。

下面对本发明的具体工作状态进行详细说明：

(1)当需要为石英谐振器连接容性负载时，可从图3中选择C2、Ct、C5、C4、C3中的任意一个位置，放置要求的负载电容，未选择的其余四个位置放置短路线或0Ω电阻。同时，Lt、Ls、L2的位置用短路线代替，D1、R1、R2、C6、C1和L1、Cs的位置开路。

(2)当需要为石英谐振器连接感性负载时，可选择Lt、Ls、L2中的任一个位置放置电感，其余另一个位置放置短路线。同时，C2、Ct、C5、C4和C3均用短路线或0Ω电阻代替，Cs、C1、L1、D1、R1、R2、C6的位置开路。

(3)当需要为石英谐振器连接阻性负载时，可选择C2、Lt、Ct、C5、C4、Ls、L2和C3中任一个位置放置电阻，未选择的其余六个位置用短路线或0Ω电阻代替，同时Cs、C1、L1、D1、R1、R2、C6的位置开路。

(4)当需要为石英谐振器精确连接实际工作电路中的负载，可根据实际电路形式选择图3中的对应位置放置相应的元件。如果实际电路中没有电频率调整或压控功能，则只需将D1、R1、R2、C6的位置开路，Ct、C5位置短路即可。

本发明另一方面提供一种石英谐振器测试方法，其利用上述的石英谐振器电路测试，所述测试电路包括：可插入石英谐振器参数测试夹具中的第一插针和第二插针，依次耦接在第一插针和第二插针之间的频率调节模块、频率展宽网络模块、压控或电调网络模块以及抑制网络模块及隔离模块；待测石英谐振器连接在所述频率调节模块和所述频率展宽网络模块之间；结合图6，所述测试方法包括：

S1:通过所述频率调节模块调节所述测试电路的谐振频率、通过所述频率展宽网络模块展宽所述测试电路的可谐振频率范围、通过所述压控或电调网络模块调整晶体振荡器随外加控制电压变化的频率范围、通过所述抑制网络模块抑制石英谐振器的泛音、B模振动，以形成预设的石英谐振器的测试条件；

S2:将待测石英谐振器连接在所述频率调节模块和所述频率展宽网络模块之间，并通过第一信号端输入测试信号；

S3:获取第二信号端输出的信号，通过输出的信号确定石英谐振器的性能。

采用本测试方法相比传统测试方法可以更全面的反映石英谐振器在振荡电路中的适应性，发现振荡电路异常现象，避免将不良石英谐振器装配到振荡电路中引起频率不准、跳频等问题，从而提高晶体振荡器工作可靠性。可以根据实际振荡电路形式，通过对测试电路中元件进行适当的短路或开路，即可完成测试电路的转换，简便易操作，使测试电路具有较高的适应性。

本发明在保证在线测试石英谐振器参数的同时，可及时排查振荡电路中跳频等异常现象。电路简便易操作，准确性高，具有较强的实用性。

进一步的，如图4和图5所示，本发明还提供一种用于石英谐振器测试的测试装置，包括石英谐振器参数测试夹具6，和如本发明第一方面提供的测试电路，所述测试电路的第一插针X1和第二插针X2分别插入所述石英谐振器参数测试夹具6上对应的插孔，从而使得所述测试电路与所述石英谐振器参数测试夹具形成电连接。

所述石英谐振器参数测试装置包括印刷电路板7，印刷电路板7上制作有上述测试电路。

显然，本发明的测试装置应当具有上述测试电路所具有的效果，在此不再赘述。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或装置没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或装置固有的步骤或单元。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种用于石英谐振器的测试电路，其特征在于，包括：

可接入石英谐振器参数测试夹具的第一信号端和第二信号端，所述第一信号端和第二信号端的其中一个输入信号，另一个输出信号；

所述频率调节模块用于调节所述测试电路的谐振频率；

所述抑制网络模块用于抑制石英谐振器的泛音和B模振动。

2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述测试电路进一步包括：

3.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述频率调节模块包括调节电容。

4.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述频率展宽网络模块包括：

并联设置的第一电感和调谐电容。

5.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述压控或电调网络模块包括：

6.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述压控或电调网络模块包括：

7.根据权利要求5或6所述的测试电路，其特征在于，所述压控或电调网络模块还包括：与所述第一电阻和第二电阻各自远离所述变容二极管的一端连接的第二电容。

8.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述抑制网络模块包括：

与所述压控或电调网络串联的第三电容和抑制电感；

并联连接在所述抑制电感远离所述第三电容一端的第二电感和串联在一起的第四电容、第三电感，所述第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感的另一端与所述隔离模块连接；

或者，所述抑制网络模块包括：

与所述压控或电调网络串联的第三电容和抑制电感；

并联连接在所述抑制电感远离所述第三电容一端的第二电感和第四电容，所述第二电感以及第四电容的另一端与所述隔离模块连接；

或者，所述抑制网络模块包括：

与所述压控或电调网络串联的第三电容；

并联连接在所述第三电容一端的第二电感和串联在一起的第四电容、第三电感，所述第二电感以及串联在一起的第四电容和第三电感的另一端与所述隔离模块连接。

9.一种石英谐振器测试装置，其特征在于，包括石英谐振器参数测试夹具，和如权利要求1-8任一项的测试电路，所述测试电路的第一信号端连接第一插针、第二信号端连接第二插针，所述第一插针和所述第二插针分别插入所述石英谐振器参数测试夹具上对应的插孔，从而使得所述测试电路与所述石英谐振器参数测试夹具形成电连接。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述石英谐振器参数测试装置包括印刷电路板，所述印刷电路板包括有所述测试电路。