CN115629268B - 一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统，其包括如下步骤：激励脉冲信号通过滤波抑制后输入给第一负反馈运算放大器；激励脉冲信号经第一负反馈运算放大器放大后输出给音叉石英谐振器晶体；音叉石英谐振器晶体产生谐振信号输出给第二负反馈运算放大器放大后再输出给网络分析仪；网络分析仪测试出音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、静态电容C0、动态电容C1，并结合网络分析仪负载电容CL，计算出音叉石英谐振器晶体负载频率FL。本发明提供的方法及系统提高了音叉石英谐振器晶体各参数测试的准确性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及谐振器技术领域，尤其涉及一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统。
背景技术
音叉石英晶体谐振器产品作为电子和通讯行业中的关键频率器件，广泛地应用于仪表 、5G通讯设备、智能家用电器、服务器和工业电子设备等领域中。随着我国科技的快速发展，音叉石英晶体谐振器需求量日渐增大，对于音叉石英谐振器晶体的稳定性和可靠性也有更严格的要求。
音叉晶体谐振器有其固有的振荡频率（32.768KHz），也叫谐振频率。根据晶体的压电特性，当给晶体两端施加一定的脉冲频率电压时，晶体会产生震荡，如果脉冲频率接近音叉谐振器的固有频率时，音叉晶体就会按照自身的谐振频率震荡，通过接收反馈回来的振动频率从而达到测量目的。目前对于音叉石英谐振器晶体的谐振频率、静态电容、动态电容及负载频率等参数均采用网络分析仪直接测试得出，因为不同测试环境和测试板之间的负载差异，导致采用网络分析仪直接测试的方法测试准确性较差，合格率较差，不利于批量生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统，通过增强激励信号和音叉石英谐振器晶体谐振信号，再通过网络分析仪可以测试出音叉石英谐振器晶体的谐振频率、静态电容、动态电容，然后再通过计算得到音叉石英谐振器晶体的负载频率，提高了音叉石英谐振器晶体谐振各参数测试的准确性与稳定性。
本发明是通过以下技术方案予以实现：
一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其包括如下步骤：
S1：激励脉冲信号经滤波后，再经过抑制电阻进入第一负反馈运算放大器的输入端；
S2：激励脉冲信号通过第一负反馈运算放大器放大相应倍数后从第一负反馈运算放大器的输出端输出，再次进行滤波处理后，施加到音叉石英谐振器晶体上；
S3：音叉石英谐振器晶体产生的谐振信号经滤波处理后进入第二负反馈运算放大器的输入端放大相应倍数后，从第二负反馈运算放大器的输出端输出，再通过分压后输出给网络分析仪；
S4：网络分析仪测试出音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0、音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，并结合网络分析仪负载电容CL，通过公式计算出音叉石英谐振器晶体的负载频率FL；
测试音叉石英谐振器晶体参数的系统，用以执行如上述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，包括第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器、音叉石英谐振器晶体及网络分析仪，网络分析仪的输出端与第一负反馈运算放大器的输入端连接，第一负反馈运算放大器的输出端与音叉石英谐振器晶体的一端连接，音叉石英谐振器晶体的另一端与第二负反馈运算放大器的输入端连接，第二负反馈运算放大器的输出端通过分压后与网络分析仪的输入端连接，网络分析仪用以获得音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0及音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，并计算出音叉石英谐振器晶体的负载频率FL。
进一步，第一负反馈运算放大器输入端与输出端之间及第二负反馈运算放大器输入端与输出端之间连接有负反馈电阻。
进一步，第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器与供电电源间连接有稳压二极管及限流保护器。
优化的，第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器由正负双极性直流电源供电。
发明的有益效果：
1.对激励信号增强放大，使网络分析仪的小信号变为较强信号有利于音叉石英谐振器晶体起振。
2.对音叉石英谐振器晶体谐振频率信号放大，使谐振的弱信号通过放大后有利于网络分析仪接受，提高音叉石英谐振器晶体各参数测试的准确性和稳定性。
3.测试时使用稳压二极管及限流保护器等元件对两个负反馈运算放大器的供电电压进行电气隔离，得以在两个负反馈运算放大器维持能量传输关系的同时减少相互干扰，降低噪声。
4.测试方法及系统采用测试音叉石英谐振器晶体谐振频率FR的方法，再通过计算得到音叉石英谐振器晶体的负载频率FL，降低了对环境和测试回路的要求，提高了测试的准确性和稳定性。
附图说明
图1是测试音叉石英谐振器晶体谐振频率的电路图；
图中：1. 网络分析仪，2. 音叉石英谐振器晶体，3. 第一负反馈运算放大器，4.第二负反馈运算放大器，5. 限流保护器，6. 稳压二极管，R1.第一负反馈电阻，R2.第二负反馈电阻，R3.抑制电阻， R4.第一滤波电阻，R5.第二滤波电阻，R6.第三滤波电阻，R7.第一分压电阻，R8.第四滤波电阻，R9.第二分压电阻，C2.第一滤波电容，C3.第二滤波电容。
具体实施方式
一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其具体电路图如附图1所示，包括如下步骤：
S1：激励脉冲信号经滤波后，再经过抑制电阻进入第一负反馈运算放大器3的输入端；
这里的激励脉冲信号通过在网络分析仪1中设置好相关参数后，由网络分析仪发出，通过第四滤波电阻R8和第一滤波电容C2滤波后，再经过抑制电阻R3进入第一负反馈运算放大器的输入端，可以对激励脉冲信号进行滤波及抑制处理，保证输入激励脉冲信号的稳定性。
S2：激励脉冲信号通过第一负反馈运算放大器放大相应倍数后从第一负反馈运算放大器的输出端输出，再次进行滤波处理后，施加到音叉石英谐振器晶体2上；这样可以对激励信号进行增强放大，使网络分析仪的小信号变为较强信号，有利于音叉石英谐振器晶体起振。
S3：音叉石英谐振器晶体产生的谐振信号通过第二滤波电阻R5、第三滤波电阻R6滤波后进入第二负反馈运算放大器4的输入端放大相应倍数后，从第二负反馈运算放大器的输出端输出，再通过第二滤波电容C3、第一分压电阻R7、第二分压电阻R9后输出给网络分析仪；这样可以对音叉石英谐振器晶体的谐振频率信号放大，使谐振的弱信号通过放大后有利于网络分析仪接受，提高测音叉石英谐振器晶体各参数测试的准确性和稳定性。
S4：网络分析仪测试出音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0、音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，并结合网络分析仪的负载电容CL，通过公式（1）计算出音叉石英谐振器晶体的负载频率FL；
本发明通过将激励脉冲信号及谐振信号增强的方法，考虑到音叉石英谐振器晶体的谐振信号比较小，负反馈运算放大器放大激励信号的同时，也会同时放大杂散信号，使测量出现偏差和不稳定，所以采用双运放的方式，对激励信号和谐振信号分开放大后，测试出音叉石英谐振器晶体串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0、音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，然后通过计算得到音叉石英谐振器晶体负载频率FL，降低了测试方法对环境和测试回路的要求，并且保证了各参数测试结果的准确性及稳定性。
一种测试音叉石英谐振器晶体参数的系统，用以执行如上述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其包括第一负反馈运算放大器3、第二负反馈运算放大器4、音叉石英谐振器晶体2及网络分析仪1，网络分析仪的输出端通过第四滤波电阻R8、第一滤波电容C2及抑制电阻R3后与第一负反馈运算放大器的输入端连接，第一负反馈运算放大器的输出端通过第一滤波电阻R4、第二滤波电阻R5与音叉石英谐振器晶体的输入端连接，音叉石英谐振器晶体的输出端通过第二滤波电阻R5、第三滤波电阻R6与第二负反馈运算放大器的输入端连接，第二负反馈运算放大器的输出端通过第二滤波电容C3、第一分压电阻R7、第二分压电阻R9后与网络分析仪的输入端连接，网络分析仪用以获得音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0及音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，并计算出音叉石英谐振器晶体的负载频率FL。
进一步，第一负反馈运算放大器的输入端与输出端之间连接第一负反馈电阻R1，可以对输出电压进行动态调节，保证信号通过第一负反馈运算放大器后输出稳定，第二负反馈运算放大器的输入端与输出端之间连接有第二负反馈电阻R2，同样可以对输出电压进行动态调节，保证信号通过第二负反馈运算放大器后输出稳定。
进一步，第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器与供电电源间连接有稳压二极管6及限流保护器5，进一步保证第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器输出电压的稳定性及可靠性。
优化的，第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器由正负双极性直流电源供电。由于本发明中的激励脉冲信号和谐振信号均为交流信号，所以需要使用正负双极性直流电源供电，保证第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器供电的稳定性。
综上所述，本发明提出的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法及系统，根据音叉晶体谐振器需要高激励功率起振的特点，对音叉石英谐振器晶体的起振激励信号进行增强放大使其容易起振，并在音叉石英谐振器晶体起振后对较弱的谐振信号进行增强放大后再传给网络分析仪，有利于网络分析仪接受，从而提高了音叉石英谐振器晶体各参数测试的准确性和稳定性，并且最后通过采用测试音叉晶体串联谐振频率FR的方法，计算出音叉石英谐振器晶体负载频率FL，降低了测试方法及系统对环境和测试回路的要求，进一步保证了测试结果的准确性及稳定性，可以应用于批量生产的测试中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：激励脉冲信号通过在网络分析仪中设置好相关参数后由网络分析仪发出，经滤波后，再经过抑制电阻进入第一负反馈运算放大器的输入端；
S2：激励脉冲信号通过第一负反馈运算放大器放大相应倍数后从第一负反馈运算放大器的输出端输出，再次进行滤波处理后，施加到音叉石英谐振器晶体上；
S3：音叉石英谐振器晶体产生的谐振信号经第二滤波电阻、第三滤波电阻滤波后滤波处理后进入第二负反馈运算放大器的输入端放大相应倍数后，从第二负反馈运算放大器的输出端输出，再通过第二滤波电容、第一分压电阻、第二分压电阻分压后输出给网络分析仪；
S4：网络分析仪测试出音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0、音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，并结合网络分析仪负载电容CL，通过公式计算出音叉石英谐振器晶体的负载频率FL；
2.根据权利要求1所述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其特征在于：第一负反馈运算放大器输入端与输出端之间及第二负反馈运算放大器输入端与输出端之间连接有负反馈电阻对输出电压进行动态调节。
3.根据权利要求1或2所述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其特征在于：第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器与供电电源间连接稳压二极管及限流保护器。
4.一种测试音叉石英谐振器晶体参数的系统，用以执行如权利要求1至3任一所述的测试音叉石英谐振器晶体参数的方法，其特征在于：包括第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器、音叉石英谐振器晶体及网络分析仪，网络分析仪的输出端与第一负反馈运算放大器的输入端连接，第一负反馈运算放大器的输出端与音叉石英谐振器晶体的一端连接，音叉石英谐振器晶体的另一端与第二负反馈运算放大器的输入端连接，第二负反馈运算放大器的输出端通过分压后与网络分析仪的输入端连接，网络分析仪用以获得音叉石英谐振器晶体的串联谐振频率FR、音叉石英谐振器晶体的静态电容C0及音叉石英谐振器晶体的动态电容C1，并计算出音叉石英谐振器晶体的负载频率FL。
5.根据权利要求4所述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的系统，其特征在于：第一负反馈运算放大器输入端与输出端之间及第二负反馈运算放大器输入端与输出端之间连接有负反馈电阻。
6.根据权利要求4或5所述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的系统，其特征在于：第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器与供电电源间连接有稳压二极管及限流保护器。
7.根据权利要求4或5所述的一种测试音叉石英谐振器晶体参数的系统，其特征在于：第一负反馈运算放大器、第二负反馈运算放大器由正负双极性直流电源供电。
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