CN109490663A - 一种晶体谐振器测试系统及校准方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶体谐振器测试系统，包括频率源、矢量电压表、测试夹具和衰减器，所述频率源和矢量电压表各包括两个输出接口，所述输出接口，用于连接外部标准仪器，进行参数校准，还用于连接测试夹具，形成测试回路，所述频率源，用于产生两路同频同功率激励信号，分别与测试夹具和矢量电压表连接，所述衰减器用于衰减频率源信号，所述矢量电压表，用于测量测试夹具两端矢量信号，所述测试夹具，用于连接待测晶体谐振器。还公开了一种晶体谐振器测试系统校准方法，通过外部标准仪器对频率源和矢量电压表性能测试，经理论修正和系统不确定度分析后，获得系统计量特性。本申请系统结构简单，只增加端口和连接线，不增加系统复杂度，利于推广。

Description

一种晶体谐振器测试系统及校准方法

技术领域

本申请涉及一种石英晶体测试系统，特别是涉及一种晶体谐振器测试系统及校准方法。

背景技术

晶体谐振器参数测试系统，也可称为晶体网络分析仪，是一种测试晶体谐振器谐振频率、品质因素、晶体电容、动态电容、动态电感等参数的测量设备，包括频率源、衰减器、功率分配器、矢量电压表(相位计和电压表)等功能单元。按照IEC或国标的测量方法，其频率源输出信号经功率分配器分成两路，第一路经衰减连接矢量电压表第一接口，第二路经专用夹具连接矢量电压表第二接口，矢量电压表需分别测试两路信号的幅值和相位，通过理论公式计算测量结果。目前，这类设备以集成式计算机板卡形式出现。

这种板卡式晶体测试系统存在计量不便的问题，主要是为了提高集成度，其频率源、矢量表及第一路全部集成在板卡上，不对外提供接口，该通道信号测试、分析能力无法从外部确认。目前该类设备仅可计量第二路通道，该类设备所谓的“校准”过程，如开路、短路、负载清零等属于系统误差的自修正，均建立在其内部各通道信号源、矢量电压表输出或测试能力默认良好的基础上，因而该方法不能很好的确定设备计量特性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种晶体谐振器测试系统及校准方法，解决现有测试系统和方法测量结果可信度较低的问题。

本申请实施例提供一种晶体谐振器测试系统，包括频率源、矢量电压表、测试夹具和衰减器，所述频率源和所述矢量电压表各包括两个输出接口，所述输出接口，用于连接外部标准仪器，进行参数校准，还用于连接测试夹具，形成测试回路；所述频率源，用于产生两路同频同功率激励信号，第一路信号通过所述频率源第一接口输出，与测试夹具第一接口连接，所述频率源第二路信号通过第二接口输出，与所述衰减器一端连接；所述衰减器用于衰减所述频率源信号，另一端与所述矢量电压表第一接口连接；所述矢量电压表，用于测量所述测试夹具两端矢量信号，所述矢量电压表第二接口与所述测试夹具第二接口连接；所述测试夹具，用于连接待测晶体谐振器。

本申请实施例还提供一种晶体谐振器测试系统校准方法，用于校准上述晶体谐振器测试系统，包括以下步骤：通过频率源两个输出接口，对所述频率源两路激励信号进行性能测试，获得频率和功率参数；通过矢量电压表两个输出接口，对所述矢量电压表两个输出接口信号进行性能测试，获得电压和相位参数；用计量后的所述频率源和矢量电压表，对所述衰减器进行性能测试；理论修正所述测试夹具和连接线缆引起的测试误差；根据所述频率和功率参数、电压和相位参数、衰减器性能测试参数，以及所述测试夹具和连接线缆理论修正不完善引起的不确定度，分析系统不确定度，获得系统计量特性。

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：设计了关键单元对外接口，利用对外接口对关键单元参数溯源，进一步提高测量可信度；同时，利用关键单元对其他组成部分进行性能测试和误差修正，从整体上解决晶体测量系统的计量特性确定问题。系统结构简单，只增加端口和连接线，不增加系统复杂度，利于推广。校准方法简单，溯源途径清晰，降低了系统测量不确定度，可用于标准晶体参数定标和老化考核。

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为本申请实施例提供的一种晶体谐振器测试系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第二种晶体谐振器测试系统结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种晶体谐振器测试系统校准方法流程图。

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。

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为本申请实施例提供的一种晶体谐振器测试系统结构示意图。包括频率源1、矢量电压表2、衰减器3和测试夹具4，所述频率源1和所述矢量电压表2各包括两个输出接口，所述输出接口，用于连接外部标准仪器，进行参数校准，还用于连接测试夹具4，形成测试回路；所述频率源1，用于产生两路同频同功率激励信号，第一路信号通过所述频率源1第一接口输出，与测试夹具4第一接口连接，所述频率源1第二路信号通过第二接口输出，与所述衰减器3一端连接；所述衰减器3用于衰减所述频率源1信号，另一端与所述矢量电压表2第一接口连接；所述矢量电压表2，用于测量所述测试夹具4两端矢量信号，所述矢量电压表2第二接口与所述测试夹具4第二接口连接；所述测试夹具4，用于连接待测晶体谐振器。

需要说明的是，当测试晶体时，所述频率源1用于产生两路同频同功率激励信号，施加于被测晶体上，且频率连续可调或扫频输出，使晶体达到谐振状态。第一路信号，经过频率源1第一接口、测试夹具4第一接口和矢量电压表2第二接口连接；第二路信号，经过频率源1第二接口、衰减器3和矢量电压表3第二接口连接，与第一路信号形成回路，进行晶体测试。

优选地，用于连接各仪器的线缆为低损耗、宽频同轴屏蔽线，接头为SMA。

进一步地，所述线缆选用铜质外导体、镀银铜质内导体，聚四氟乙烯介质材料，经相位测试修正后使用。

为提高测试精度和可信度，连接线缆经过相位测试后使用，即在1MHz-200MHz下测出线缆两端的频率相位差，通过校准软件加以修正。

矢量电压表，用于测量晶体测试夹具两端矢量信号，即电压幅值和相位。设置第一接口和第二接口两路测量通道，接口均为SMA接头，其中第一接口通过衰减器连接频率源第二接口，第二接口通过SMA连接线接测试夹具第二接口。

测试夹具4，为π网络晶体测试夹具，符合IEC标准或国标规定的技术条件。，其中第一接口通过SMA连接线缆连接频率源第一接口，第二接口通过SMA连接线接矢量电压表第二接口。

需要说明的是，频率源1和矢量电压表2的测量准确度对晶体参数测试结果有较大影响，本实施例中频率源和矢量电压表的两个输出接口，可连接外部标准仪器进行计量特性测试。当进行仪器校准时，断开测试回路连接线，将频率源1和矢量电压表2的两个输出接口，分别与外部校准仪器的两个接口连接即可。

进一步地，所述频率源、矢量电压表和衰减器，为集成结构或分立结构。

本实施例提供的晶体谐振器测试系统，设计了关键单元对外接口，利用对外接口对关键单元参数溯源，进一步提高测量可信度；系统结构简单，只增加端口和连接线，不增加系统复杂度，利于推广。

图2为本申请实施例提供的第二种晶体谐振器测试系统结构示意图。本实施例除包括图1所示的部件外，还包括上位机5，所述上位机5，用于采集、运算、分析和显示晶体谐振器测试装置数据参数，分别与所述频率源和所述矢量电压表连接。

需要说明的是，当测试晶体时，所述频率源1用于产生两路同频同功率激励信号，施加于被测晶体上，且频率连续可调或扫频输出，使晶体达到谐振状态。第一路信号，经过频率源1第一接口、测试夹具4第一接口和矢量电压表2第二接口连接；第二路信号，经过频率源1第二接口、衰减器3和矢量电压表3第二接口连接，与第一路信号形成回路，进行晶体测试。

优选地，用于连接各仪器的线缆为低损耗、宽频同轴屏蔽线，接头为SMA。

进一步地，所述线缆选用铜质外导体、镀银铜质内导体，聚四氟乙烯介质材料，经相位测试修正后使用。

为提高测试精度和可信度，连接线缆经过相位测试后使用，即在1MHz-200MHz下测出线缆两端的频率相位差，通过校准软件加以修正。

矢量电压表，用于测量晶体测试夹具两端矢量信号，即电压幅值和相位。设置第一接口和第二接口两路测量通道，接口均为SMA接头，其中第一接口通过衰减器连接频率源第二接口，第二接口通过SMA连接线接测试夹具第二接口。

测试夹具4，为π网络晶体测试夹具，符合IEC标准或国标规定的技术条件。，其中第一接口通过SMA连接线缆连接频率源第一接口，第二接口通过SMA连接线接矢量电压表第二接口。

需要说明的是，频率源1和矢量电压表2的测量准确度对晶体参数测试结果有较大影响，本实施例中频率源和矢量电压表的两个输出接口，可连接外部标准仪器进行计量特性测试。当进行仪器校准时，断开测试回路连接线，将频率源1和矢量电压表2的两个输出接口，分别与外部校准仪器的两个接口连接即可。

优选地，所述上位机为计算机。

进一步优选的，所述上位机与所述晶体谐振器测试装置，通过PCI控制卡或GPIB控制线连接。

计算机用于控制频率源1和矢量电压表2完成基本数据采集，运行误差修正及分析计算程序，算出并显示晶体参数数据。通过PCI控制卡或GPIB控制线与频率源1和矢量电压表2对应接口连接，运行专用软件，发布控制命令到频率源1和矢量电压表2，频率源1接受命令执行激励信号输出，矢量电压表2接受命令对测量夹具两端电压幅值、相位参数测试，并返回测试数据。

本实施例提供的晶体谐振器测试系统，设计了关键单元对外接口，利用对外接口对关键单元参数溯源，进一步提高测量可信度；系统结构简单，只增加端口和连接线，不增加系统复杂度，利于推广。

图3为本申请实施例提供的一种晶体谐振器测试系统校准方法流程图。所述方法包括以下步骤：

步骤101：通过频率源两个输出接口，对所述频率源两路激励信号进行性能测试，获得频率和功率参数。

优选地，对所述频率源两路激励信号输出进行性能测试，采用标准频率表和功率表。

将标准频率表和功率表两个端口，分别与频率源第一接口和第二接口对接，进行性能测试。

步骤102：通过矢量电压表两个输出接口，对所述矢量电压表两个输出接口信号进行性能测试，获得电压和相位参数。

优选地，对所述矢量电压表两个输出接口信号进行性能测试，采用标准信号源及延迟线。

将标准信号源两个端口分别与矢量电压表第一接口和第二接口对接，进行性能测试。

步骤103：用计量后的所述频率源和矢量电压表，对所述衰减器进行性能测试。

步骤104：理论修正所述测试夹具和连接线缆引起的测试误差。

步骤105：根据所述频率和功率参数、电压和相位参数、衰减器性能测试参数，以及所述测试夹具和连接线缆理论修正不完善引起的不确定度，分析系统不确定度，获得系统计量特性

优选地，所述系统不确定度分析，选用国标推荐的零相位法或自动网络分析技术和误差校正法。

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 (10)

1.一种晶体谐振器测试系统，包括频率源、矢量电压表、测试夹具和衰减器，其特征在于，所述频率源和所述矢量电压表各包括两个输出接口，所述输出接口，用于连接外部标准仪器，进行参数校准，还用于连接测试夹具，形成测试回路；

所述频率源，用于产生两路同频同功率激励信号，第一路信号通过所述频率源第一接口输出，与测试夹具第一接口连接，所述频率源第二路信号通过第二接口输出，与所述衰减器一端连接；

所述衰减器用于衰减所述频率源信号，另一端与所述矢量电压表第一接口连接；

所述矢量电压表，用于测量所述测试夹具两端矢量信号，所述矢量电压表第二接口与所述测试夹具第二接口连接；

所述测试夹具，用于连接待测晶体谐振器。

2.如权利要求1所述晶体谐振器测试系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机，用于采集、运算、分析和显示晶体谐振器测试装置数据参数，分别与所述频率源和所述矢量电压表连接。

3.如权利要求2任意所述晶体谐振器测试系统，其特征在于，所述频率源、矢量电压表和衰减器，为集成结构或分立结构。

4.如权利要求3所述晶体谐振器测试系统，其特征在于，所述上位机与所述晶体谐振器测试装置，通过PCI控制卡或GPIB控制线连接。

5.如权利要求1-4所述晶体谐振器测试系统，其特征在于，用于连接各仪器的线缆为低损耗、宽频同轴屏蔽线，接头为SMA。

6.如权利要求5所述晶体谐振器测试系统，其特征在于，所述线缆选用铜质外导体、镀银铜质内导体，聚四氟乙烯介质材料，经相位测试修正后使用。

7.一种晶体谐振器测试系统校准方法，其特征在于，用于校准如权利要求6所述晶体谐振器测试系统，包括以下步骤：

通过频率源两个输出接口，对所述频率源两路激励信号进行性能测试，获得频率和功率参数；

通过矢量电压表两个输出接口，对所述矢量电压表两个输出接口信号进行性能测试，获得电压和相位参数；

用计量后的所述频率源和矢量电压表，对所述衰减器进行性能测试；

理论修正所述测试夹具和连接线缆引起的测试误差；

根据所述频率和功率参数、电压和相位参数、衰减器性能测试参数，以及所述测试夹具和连接线缆理论修正不完善引起的不确定度，分析系统不确定度，获得系统计量特性。

8.如权利要求7所述晶体谐振器测试系统校准方法，其特征在于，对所述频率源两路激励信号输出进行性能测试，采用标准频率表和功率表。

9.如权利要求8所述晶体谐振器测试系统校准方法，其特征在于，对所述矢量电压表两个输出接口信号进行性能测试，采用标准信号源及延迟线。

10.如权利要求9所述晶体谐振器测试系统校准方法，其特征在于，所述系统不确定度分析，选用国标推荐的零相位法或自动网络分析技术和误差校正法。