CN109307799B

CN109307799B - 一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法

Info

Publication number: CN109307799B
Application number: CN201811258154.5A
Authority: CN
Inventors: 焦玉民; 康焱; 朱珠
Original assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Metrology and Measurement
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2038-10-26
Also published as: CN109307799A

Abstract

本申请公开了一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法，石英晶体激励电平跳频特性判断方法包括以下步骤：扫描石英晶体，记录整个过程中的谐振电阻极大值R_max、谐振电阻极小值R_min、串联谐振频率极大值f_max和串联谐振频率极小值f_min；根据所述谐振电阻极大值R_max与所述谐振电阻极小值R_min计算获得激励电平相关性电阻比参数γ；根据串联谐振频率极大值f_max与串联谐振频率极小值f_min计算获得激励电平相关性频率允差参数η；判断激励电平相关性电阻比参数γ、激励电平相关性频率允差参数η与其上限阈值a、b的关系判断石英晶体是否发生跳频。本发明判定结果更严格、全面、实用性强，与国标规范结果具有一致性。

Description

一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法

技术领域

本申请涉及一种电子元件参数测量方法，特别是一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法。

背景技术

激励电平相关性(DLD)是指在不同激励电平下晶体的等效串联电阻和频率的变化，“激励电平”是指石英晶体元件耗散的功率，用激励功率表征，有时也用激励电流，激励电压表示，常见的晶体参数测试仪激励功率一般在1μW至10mW范围内。石英晶体激励电平相关性特性与材料特性、加工制造等多方面原因有关，但可以明确的是晶体的频率跳变现象与其激励电平相关性指标有直接关系，因此可利用石英晶体激励电平相关性判定或描述晶体跳变特性。在一些要求频率稳定度高和老化特性好的应用中，尤其是高稳定度的振荡器应用中不允许有频率跳变现象存在，因此对晶体激励电平相关性的计算和跳频判断有重要意义。

国际和国内标准(如IEC60444-6)对激励电平相关性作了较详细的定义，其推荐的电平相关性实验方法的局限性在于，它只与低激励与高激励下的电阻和频率变化有关，没有考虑中间扫描结果，而一些晶体的频率突变发生在中间激励电平。比如分别在10μW，10mW激励下计算相关性符合要求，但在100μW激励下谐振频率发生突变，利用上述方法就不能发现，失去了利用相关性指标判定晶体特性或发现晶体性能突变的功能。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种石英晶体激励电平跳频特性判定及激励电平相关性确定方法，所采用的技术方案是：

石英晶体激励电平跳频特性判定方法，包括以下步骤：

按照激励范围从低到高，再由高到低的顺序扫描所述石英晶体，记录整个过程中的谐振电阻极大值R_max、谐振电阻极小值R_min、串联谐振频率极大值f_max和串联谐振频率极小值f_min；

根据谐振电阻极大值R_max与谐振电阻极小值R_min计算获得激励电平相关性电阻比参数γ，所述激励电平相关性电阻比参数γ为谐振电阻极大值R_max与谐振电阻极小值R_min的比值；

根据串联谐振频率极大值f_max与串联谐振频率极小值f_min计算获得激励电平相关性频率允差参数η，所述激励电平相关性频率允差参数η为串联谐振频率极大值f_max与串联谐振频率极小值f_min的差值与串联谐振频率极小值f_min的比值；

判断如果激励电平相关性电阻比参数γ小于或等于所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a并且激励电平相关性频率允差参数η小于或等于所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b，则确定石英晶体未发生跳频。

判断如果激励电平相关性电阻比参数γ大于所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a或者激励电平相关性频率允差参数η大于所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b，则确定石英晶体发生跳频。

优选的，所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a等于2.2并且所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b等于5ppm。

优选的，所述激励范围为功率范围、电流范围或者电压范围。

优选的，所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a等于石英晶体谐振电阻R在SJ/T11212-1999中对应的电阻比γ。

优选的，所述石英晶体谐振电阻值R为所述石英晶体标称激励电平的谐振电阻值。

优选的，所述谐振电阻值R为所述激励电平范围内谐振电阻极大值R_max与所述谐振电阻极小值R_min的均值。

优选的，所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b的取值大于0ppm并且小于或等于5ppm。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本发明涉及的计算公式覆盖全激励功率区间，并利用区间极值量参与运算，使判定结果更严格、全面；激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a与激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b按不同测试目的和要求灵活选取，增加实用性；由于激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a选取依据国标规范，因此在中间激励电平无频率突变的情况下，与国标规范结果具有一致性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法流程图；

图2为一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法实施方式流程图；

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

国际标准IEC60444-6推荐的电平相关性实验方法如下：按照激励电平从低到高，再由高到低的顺序扫描晶体，初始低激励电平下谐振电阻R₁，谐振频率f₁，高激励电平下谐振电阻R₂，谐振频率f₂，再次扫描低激励电平下谐振电阻为R₃，谐振频率f₃，则激励电平相关性定义为：

或

ppm是石英晶振的基本单位之一，表示晶振的精度和相对偏差.ppm代表着百万分之一，它表明晶体的频率可能会偏离标称值多少。晶振频率是以MHz和KHz为基本单位的，标称频率10MHz晶振的频率偏差10Hz就刚好是1ppm。

本发明通过在激励范围内扫描石英晶体，记录扫描过程中在激励范围内谐振电阻极大值、谐振电阻极小值、串联谐振频率极大值和串联谐振频率极小值，再计算激励电平相关性电阻比参数与激励电平相关性频率允差参数，通过激励电平相关性电阻比参数、激励电平相关性频率允差参数与其上限值的比较判断石英晶体是否发生跳频。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

图1给出了一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法流程图，包括以下步骤：

按照公式(1)计算γ

按照公式(2)计算η

判断如果激励电平相关性电阻比参数γ小于或等于所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a并且激励电平相关性频率允差参数η小于或等于所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b，则判定石英晶体未发生跳频。

即对激励电平相关性电阻比参数γ和激励电平相关性频率允差参数η按照以下公式进行比较判断，若同时满足公式(3)和(4)，则判定石英晶体未发生跳频。

γ≤a (3)

η≤b (4)

如上述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，所述激励范围还可以为功率范围、电流范围或者电压范围。

激励电平是指石英晶体元件耗散的功率，用激励功率表征，有时也用激励电流，激励电压表示。

图2给出了一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法实施方式流程图，包括以下步骤：

按照公式(1)计算γ；

按照公式(2)计算η；

如上述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，判断如果激励电平相关性电阻比参数γ大于所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a或者激励电平相关性频率允差参数η大于所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b，则判定石英晶体发生了跳频。

即对激励电平相关性电阻比参数γ和激励电平相关性频率允差参数η按照以下公式进行比较判断，若上述公式(3)和(4)任意一项不满足，则判断石英晶体发生了跳频。

其中所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a可以等于2.2并且所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b可以等于5ppm。

即对激励电平相关性电阻比参数γ和激励电平相关性频率允差参数η按照以下公式进行比较判断，若同时满足公式(5)和(6)，则确定石英晶体未发生跳频；若公式(5)和(6)任意一项不满足，则判断石英晶体发生了跳频。

γ≤a＝2.2 (5)

η≤b＝5ppm (6)

其中，所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a等于石英晶体谐振电阻R在关系表中对应的电阻比γ。关系表来自于国标规范SJ/T11212-1999第4.1节石英晶体谐振电阻R随激励电平相关性变化的最大容许电阻比曲线图中石英晶体谐振电阻R与电阻比γ值对应的关系表。例如R值为20欧姆，a值约为1.6。

所述谐振电阻值R可以为石英晶体标称激励电平的谐振电阻值，也可以为所述激励电平范围内谐振电阻极大值R_max与所述谐振电阻极小值R_min的均值。

即可以将石英晶体标称激励电平的谐振电阻值作为R值，或者用激励电平范围内谐振电阻均值作为R值，即满足下述公式(7)。

激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b的取值大于0ppm并且小于或等于5ppm，激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b的取值更加灵活，可参照以下三种方式：第一种方式、可根据石英晶体应用和考核目的选取，先选定实际应用时激励电平范围，再考虑可接受的频率变动量值。例如某军品石英晶体在其标称激励电平±20％范围应用，可接受2ppm频率跳变，则b为2ppm；第二方式、可根据石英晶体出厂说明书中相应的指标选取激励电平范围和频率变动量值，如1μW～1mW，b为5ppm；第三种方式、当被测石英晶体技术指标和应用不详时，利用仪器扫描石英晶体DLD特性，激励电平需小于10mW，避免对石英晶体造成损伤，b为最大值5ppm。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种石英晶体激励电平跳频特性判定方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据所述谐振电阻极大值R_max与所述谐振电阻极小值R_min计算获得激励电平相关性电阻比参数γ，所述激励电平相关性电阻比参数γ为谐振电阻极大值R_max与谐振电阻极小值R_min的比值；

2.如权利要求1所述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，其特征在于，判断如果激励电平相关性电阻比参数γ大于所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a或者激励电平相关性频率允差参数η大于所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b，则确定石英晶体发生跳频。

3.如权利要求1或2所述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，其特征在于，所述激励电平相关性电阻比参数γ的上限阈值a等于2.2并且所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b等于5ppm。

4.如权利要求1或2所述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，所述激励范围为功率范围、电流范围或者电压范围。

5.如权利要求1或2所述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，其特征在于，石英晶体谐振电阻值R为所述石英晶体标称激励电平的谐振电阻值。

6.如权利要求5所述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，其特征在于，所述谐振电阻值R为所述激励电平范围内谐振电阻极大值R_max与所述谐振电阻极小值R_min的均值。

7.如权利要求4所述石英晶体激励电平跳频特性判定方法，其特征在于，所述激励电平相关性频率允差参数η的上限阈值b的取值大于0ppm并且小于或等于5ppm。