DE102011115124A1

DE102011115124A1 - Measuring device for testing operation of Quartz crystal oscillator used in computer system, compares characteristic size of quartz crystal oscillator with previously measured reference value of reference crystal oscillator

Info

Publication number: DE102011115124A1
Application number: DE201110115124
Authority: DE
Inventors: Igor Levashov
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Current assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Priority date: 2011-10-07
Filing date: 2011-10-07
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2031-10-08
Also published as: DE102011115124B4

Abstract

The device has a measuring head which is in contact with a quartz crystal oscillator (QX). The measuring head is connected to oscillator circuit (16). A microcontroller (13) is provided for driving the oscillator circuit. The characteristic size of the quartz crystal oscillator is compared with previously measured reference value of reference crystal oscillator. A display (5) is provided for displaying a value based on comparison result. An independent claim is included for method for testing operation of Quartz crystal oscillator.

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zur Funktionsüberprüfung eines Schwingquarzes. Dass Messgerät eignet sich insbesondere zur Überprüfung bereits verbauter Schwingquarze mit zumindest teilweise unbekannten Eigenschaften. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Schwingquarzes.The invention relates to a measuring device for functional testing of a quartz crystal. The measuring device is particularly suitable for checking already installed quartz crystals with at least partially unknown properties. The invention also relates to a method for functional testing of a quartz crystal.

Schwingquarze werden in einer Vielzahl unterschiedlicher Schaltungen zur Bereitstellung eines Taktsignals verwendet. Eine mögliche Verwendung eines Schwingquarzes besteht in der Bereitstellung eines Systemtaktes für ein Computersystem. Neben dem Schwingquarz und weiteren zur Takterzeugung vorhandenen Komponenten sind auf Leiterplatten von Computersystemen eine Vielzahl anderer Systemkomponenten angeordnet, die eine Fehlerbestimmung bei einer defekten oder zumindest als Defekt vermuteten Baueinheit oft schwierig machen. Zur Fehlerbestimmung kann eine Leiterplatte eines Computersystems mit notwendigen Systemkomponenten, wie beispielsweise Speicher und einem Prozessor bestückt und an eine Stromversorgung angeschlossen werden, um die Funktionsfähigkeit eines darauf verbauten Schwingquarzes durch Analyse eines erzeugten Taktsignals mit Hilfe eines Oszilloskop zu ermitteln. Eine derartige Ermittlung ist sehr zeitaufwändig und birgt zudem die Gefahr der Beschädigung der bestückten Komponenten in sich.Vibration crystals are used in a variety of different circuits to provide a clock signal. One possible use of a quartz crystal is to provide a system clock for a computer system. In addition to the quartz oscillator and other existing components for clock generation a variety of other system components are arranged on printed circuit boards of computer systems that often make it difficult to determine a fault in a defective or at least suspected as a structural unit. For fault determination, a printed circuit board of a computer system can be equipped with necessary system components, such as memory and a processor and connected to a power supply to determine the functionality of a built-quartz oscillator by analyzing a generated clock signal using an oscilloscope. Such a determination is very time consuming and also involves the risk of damage to the assembled components in itself.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfach aufgebaute Vorrichtung und ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Schwingquarzes anzugeben.Object of the present invention is to provide a simply constructed device and an easy to perform method for functional verification of a quartz crystal.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Messgerät zur Funktionsüberprüfung eines Schwingquarzes beschrieben. Das Messgerät weist einen in das Messgerät integrierten Messkopf zur Kontaktierung eines Schwingquarzes und eine mit dem Messkopf verbundene Oszillatorschaltung auf. Das Messgerät weist des Weiteren einen Mikrocontroller zum Ansteuern der Osziallatorschaltung auf, wobei der Mikrocontroller dazu eingerichtet ist, wenigstens eine charakteristische Größe des Schwingquarzes mit einer zuvor gemessenen Referenzgröße eines Referenzquarzes zu vergleichen. Das Messgerät weist schließlich eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen eines Ergebniswertes in Abhängigkeit des Vergleiches auf.According to a first aspect of the invention, a measuring device for functional testing of a quartz crystal is described. The measuring device has a measuring head integrated into the measuring device for contacting a quartz oscillator and an oscillator circuit connected to the measuring head. The measuring device furthermore has a microcontroller for driving the oscillator circuit, wherein the microcontroller is set up to compare at least one characteristic variable of the quartz oscillator with a previously measured reference variable of a reference quartz. The measuring device finally has a display device for displaying a result value as a function of the comparison.

Durch das beschriebene Messgerät wird ein schnelles und unkompliziertes Messen von Schwingquarzen durch Vergleich mit einem bekannten Referenzquarz ermöglicht. Dabei ermöglicht der von dem Mikrocontroller durchgeführte Vergleich in Verbindung mit dem durch die Anzeigevorrichtung angezeigten Ergebniswert eine leichte optische Kontrolle, ob ein Schwingquarz ordnungsgemäß arbeitet oder nicht.By the described measuring device a fast and uncomplicated measurement of quartz crystals is made possible by comparison with a known reference quartz. In this case, the comparison performed by the microcontroller, in conjunction with the result value displayed by the display device, allows a slight optical check as to whether or not a quartz oscillator is working properly.

Bevorzugt weist der Messkopf zwei mit der Oszillatorschaltung verbundene Prüfspitzen auf und ist für eine Positionierung der Prüfspitzen zur Kontaktierung des auf einer Leiterplatte angeordneten Schwingquarzes ausgestaltet. Durch einen derartigen Messkopf wird eine einfache Funktionsüberprüfung bereits verbauter Schwingquarze möglich.The measuring head preferably has two test probes connected to the oscillator circuit and is designed for positioning the test probes for contacting the quartz crystal arranged on a printed circuit board. By such a measuring head, a simple function check of already installed quartz crystals is possible.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Oszillatorschaltung eine modifizierte Pierce-Schaltung mit einem invertierten Hochfrequenzverstärker. Eine derartige Schaltung lässt sich mit wenigen, diskreten Bauelementen aufbauen und eignet sich somit zur Herstellung eines kostengünstigen, kompakten Messgerätes.According to a further advantageous embodiment, the oscillator circuit comprises a modified Pierce circuit with an inverted high-frequency amplifier. Such a circuit can be constructed with a few discrete components and is thus suitable for producing a cost-effective, compact measuring device.

Das beschriebene Messgerät misst bevorzugt die Resonanzfrequenz von dem Schwingquarz und die Verstärkung der modifizierten Pierce-Schaltung, die für den Erhalt vorbestimmter Amplitudenschwellwerte des Schwingquarzes erforderlich ist.The described meter preferably measures the resonant frequency of the quartz crystal and the gain of the modified Pierce circuit required to obtain predetermined amplitude thresholds of the quartz crystal.

Zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Schwingquarzes können unter anderem eine Verstärkung der Oszillatorschaltung, ein Gütefaktor, eine Resonanzfrequenz und/oder eine Schwingungsamplitude des Schwingquarzes bestimmt und mit vorgegebenen Referenzwerten verglichen werden.To assess the functionality of the quartz crystal, inter alia, a gain of the oscillator circuit, a quality factor, a resonant frequency and / or a vibration amplitude of the quartz crystal can be determined and compared with predetermined reference values.

Bevorzugt weist das Messgerät einen Speicher auf, wobei in dem Speicher wenigstens eine Resonanzfrequenz, ein Resonanzfrequenzbereich und/oder wenigstens eine Güte des zuvor gemessenen Referenzquarzes und/oder eine Verstärkung der Oszillatorschaltung gespeichert werden.The measuring device preferably has a memory, wherein at least one resonance frequency, a resonance frequency range and / or at least one quality of the previously measured reference quartz and / or a gain of the oscillator circuit are stored in the memory.

In einer weiteren Ausgestaltung können charakteristische Größen eines Schwingquarzes als neues Etalon gespeichert werden, wenn keine Übereinstimmung mit einem zuvor gespeicherten Etalon erkannt wurde.In a further embodiment, characteristic quantities of a quartz crystal may be stored as a new etalon if no match has been detected with a previously stored etalon.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines Schwingquarzes beschrieben.According to a second aspect of the invention, a method for functional testing of a quartz crystal is described.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie den angehängten Patentansprüchen offenbart.Further advantageous embodiments are disclosed in the following detailed description and the appended claims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die angehängten Figuren näher erläutert.Embodiments of the invention are explained below with reference to the attached figures.

In den Figuren zeigen:In the figures show:

1 ein Messgerät gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, 1 a measuring device according to an embodiment of the invention,

2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Aufbaus des Messgerätes, 2 a schematic representation of an electrical structure of the measuring device,

3 einen zeitlichen Ablauf verschiedener Signale während eines Messvorgangs. 3 a chronological sequence of various signals during a measurement process.

1 zeigt eine Ansicht eines Messgerätes 1 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung. Das Messgerät 1 umfasst einen in ein Gehäuse 9 des Messgeräts 1 integrierten, gefederten Messkopf 2 mit einer Aussparung für ein Gehäuse eines Schwingquarzes und zwei darin fixierten Prüfspitzen 3a und 3b. Die Prüfspitzen 3a und 3b sind normalerweise innerhalb des Messkopfs 2 verborgen. Ein schematischer Querschnitt des Messkopfs 2 ist in der linken unteren Ecke der 2 dargestellt. Bei einem Aufsetzen der Aussparung des Messkopfes 2 und einem Drücken des Messgerätes 1 auf einen zu messenden Schwingquarz fährt der Messkopf 2 in das Gehäuse 9 ein. Dabei drückt der Schwingquarz auf einen Auslöseschalter 15, um eine Messung zu starten. Das Messgerät 1 und insbesondere dessen Gehäuse 9 bilden im Ausführungsbeispiel ein leichtes Handgerät, das einhändig, z. B. durch Aufsetzen des Messgeräts 1 auf einen zu untersuchenden Schwingquarz oder eine zu untersuchende Leiterplatte, bedient werden kann. 1 shows a view of a measuring device 1 according to an embodiment of the invention. The measuring device 1 includes one in a housing 9 of the meter 1 integrated, spring-loaded measuring head 2 with a recess for a housing of a quartz crystal and two test probes fixed therein 3a and 3b , The probes 3a and 3b are usually inside the gauge 2 hidden. A schematic cross-section of the measuring head 2 is in the lower left corner of the 2 shown. When placing the recess of the measuring head 2 and pressing the meter 1 The measuring head moves onto a quartz crystal to be measured 2 in the case 9 one. The quartz crystal presses on a trigger switch 15 to start a measurement. The measuring device 1 and in particular its housing 9 form in the embodiment, a lightweight handset, the one-handed, z. B. by placing the meter 1 can be operated on a quartz crystal to be examined or a circuit board to be examined.

Das Messgerät 1 weist des Weiteren ein Bedienelement 4 sowie eine Anzeige 5 auf. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Anzeige 5 um eine zweizeilige LCD-Anzeige, auf der unter anderen ein leicht zu deutenden Vergleichsgütefaktor eines vermessenen Quarzes angezeigt wird. Bei dem Bedienelement 4 handelt es sich beispielsweise um einen Drei-Wege-Joystick, über den unter anderem auch weitere Messparameter, insbesondere eine Resonanzfrequenz des vermessenen Schwingquarzes, zur Anzeige ausgewählt werden können.The measuring device 1 also has an operating element 4 and an ad 5 on. In the embodiment, the display 5 a two-line LCD display showing, among other things, an easy-to-interpret comparison factor of a measured quartz. At the control 4 For example, it is a three-way joystick, via which, inter alia, also further measurement parameters, in particular a resonant frequency of the measured quartz oscillator, can be selected for display.

In das Messgerät 1 ist eine wiederaufladbare Batterie integriert, deren Ladezustand über ein Anzeigesymbol 6 angezeigt wird. Des Weiteren weist das Messgerät 1 einen in der Darstellung der 1 nicht ersichtlichen Ladeanschluss zum Aufladen der integrierten Batterie auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Ladeanschluss um einen Mini-USB-Eingang. Durch Integration einer Spannungsquelle in das Messgerät kann auf das Anlegen einer externen Spannung an das Prüfobjekt verzichtet werden. Insbesondere bedarf es keines Anschlusses einer separaten Stromversorgungseinheit an eine zu untersuchende Leiterplatte eines Computersystems.Into the meter 1 a rechargeable battery is integrated, its state of charge via a display symbol 6 is shown. Furthermore, the meter points 1 one in the representation of 1 unrecognizable charging port for charging the integrated battery. For example, the charging port is a mini USB input. By integrating a voltage source into the measuring device, the application of an external voltage to the test object can be dispensed with. In particular, there is no need to connect a separate power supply unit to a printed circuit board of a computer system to be examined.

In der 1 ist zu erkennen, dass die Bedienung des Messgerätes 1 über eine Mehrzahl von Menüs erfolgt. Dabei wird in der oberen Zeile 7 der Anzeige 5 der jeweils aktuelle Menüpunkt, Messparameter oder Betriebszustand des Messgerätes 1 angezeigt. In der unteren Zeile 8 ist ein zuletzt gemessener Messwert oder ein sonstiger Parameter, der dem Menüpunkt der oberen Zeile 7 zugeordnet ist, dargestellt. Die Richtungspfeile 10, 11 und 12 zeigen jeweils an, ob weitere Menüpunkte oder Untermenüpunkte vorhanden sind, die über das Bedienelement 4 aufgerufen werden können.In the 1 it can be seen that the operation of the meter 1 via a plurality of menus. It will be in the top line 7 the ad 5 the current menu item, measuring parameters or operating status of the measuring instrument 1 displayed. In the bottom line 8th is a last measured value or another parameter that corresponds to the menu item of the upper line 7 is assigned, shown. The directional arrows 10 . 11 and 12 indicate whether further menu items or submenu items are available via the control element 4 can be called.

In der 2 ist ein Blockschaltplan des Messgerätes 1 dargestellt. Das Messgerät 1 umfasst einen Mikrocontroller 13, der unter anderem zur Ansteuerung der daran angeschlossenen Anzeige 5 sowie einer weiteren LED-Anzeige 14 dient. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die LED-Anzeige 14 eine Mehrzahl von verschiedenfarbigen Einzel-LEDs, so dass durch den Mikrocontroller im Ergebnis unterschiedliche Farbtöne über die LED-Anzeige 14 ausgegeben werden können, um ein Messergebnis auf einfache Weise anzuzeigen.In the 2 is a block diagram of the meter 1 shown. The measuring device 1 includes a microcontroller 13 , among other things, to control the connected display 5 and another LED display 14 serves. In the illustrated embodiment, the LED display includes 14 a plurality of different colored single LEDs, so that by the microcontroller in the result different shades on the LED display 14 can be output to easily display a measurement result.

Das Messgerät 1 umfasst des Weiteren den Auslöseschalter 15 sowie das Bedienelement 4. Der Auslöseschalter 15 ist bevorzugt in den Messkopf 2 integriert und löst eine Messung beim Niederdrücken des Messgeräts 1 auf einen zu überprüfenden Schwingquarz aus.The measuring device 1 further includes the trigger switch 15 as well as the control element 4 , The trigger switch 15 is preferred in the measuring head 2 integrates and triggers a measurement when the meter is pressed down 1 to a quartz crystal to be tested.

Des Weiteren umfasst das Messgerät 1 eine Oszillatorschaltung 16, die über einen Detektor 17, einen Frequenzteiler 18 sowie ein Filter 19 mit zugehörigen Ein- und Ausgängen des Mikrocontrollers 13 verbunden sind. Insbesondere ist der Detektor 17 mit einem ersten in den Mikrocontroller 13 integrierten Analog-Digital-Wandler 20 verbunden. Der Frequenzteiler 18 ist über einen weiteren Eingang mit einem eingebauten Zähler 21 des Mikrocontrollers 13 verbunden. Das Filter 19 ist als Tiefpassfilter ausgestaltet und mit einem Ausgang einer als Digital-Analog-Wandler genutzten Pulsweitensteuerung 22 verbunden. Ein von dem Filter 19 ausgegebenes Verstärkersteuersignal U_k wird über einen zweiten Analog-Digital-Wandler 23 zurück an den Mikrocontroller 13 übertragen.Furthermore, the meter includes 1 an oscillator circuit 16 that have a detector 17 , a frequency divider 18 as well as a filter 19 with associated inputs and outputs of the microcontroller 13 are connected. In particular, the detector 17 with a first in the microcontroller 13 integrated analog-to-digital converter 20 connected. The frequency divider 18 is via another input with a built-in counter 21 of the microcontroller 13 connected. The filter 19 is designed as a low-pass filter and with an output of a used as a digital-to-analog converter pulse width control 22 connected. One from the filter 19 output amplifier control signal U _k is via a second analog-to-digital converter 23 back to the microcontroller 13 transfer.

Bei der Oszillatorschaltung 16 handelt es sich um eine modifizierte Pierce-Schaltung, die zur Vermessung eines externen Schwingquarzes QX dient. Die modifizierte Pierce-Schaltung umfasst zwei gegen Masse geschaltete Kondensatoren C1 und C2 mit einer Kapazität von jeweils 20 pF, einen in Serie geschalteten Widerstand R1 mit einem Widerstand von 1 kΩ sowie, anstelle des üblicherweise in einer Pierce-Schaltung verwendeten Digitalinverters, einen invertierten Hochfrequenzverstärker 24, dessen Verstärkung k durch die Höhe der Spannung des von dem Filter 19 ausgegebenen Verstärkersteuersignals U_k gesteuert wird.In the oscillator circuit 16 it is a modified Pierce circuit, which is used to measure an external crystal quartz QX. The modified Pierce circuit comprises two 20 pF capacitors C1 and C2 grounded in series, a 1 kΩ resistor in series resistance R1, and an inverted high frequency amplifier instead of the digital inverter commonly used in a Pierce circuit 24 whose gain k is determined by the amount of voltage of the filter 19 output amplifier control signal U _{k is} controlled.

Der Mikrocontroller 13 weist schließlich einen eingebauten Speicher 25 zum Speichern von Referenzwerten eines oder mehrerer Etalons sowie sonstiger Einstellungen des Messgeräts 1 auf. Des Weiteren umfasst das Messgerät 1 einen Aufwärtswandler 26 für die Umwandlung einer Ausgangsspannung der eingebauten Batterie in Betriebsspannungen von beispielsweise +5 V und –5 V für die analogen Schaltungsteile des Messgeräts 1 wie insbesondere den Hochfrequenzverstärker 24, den Detektor 17 und den Frequenzteiler 18. The microcontroller 13 finally has a built-in memory 25 for storing reference values of one or more etalons as well as other settings of the measuring device 1 on. Furthermore, the meter includes 1 a boost converter 26 for converting an output voltage of the built-in battery into operating voltages of, for example, +5 V and -5 V for the analog circuit parts of the measuring device 1 especially the high frequency amplifier 24 , the detector 17 and the frequency divider 18 ,

Nachfolgend wird die Funktion des Messgerätes 1 unter Bezugnahme des Signaldiagramms gemäß 3 weiter beschrieben. Durch Auslösen des Auslöseschalters 15 zum Zeitpunkt T₁ wird durch Erzeugung eines Steuersignals U_S eine Messung gestartet. Beispielsweise kann der Auslöseschalter 15 durch einen Druck auf das Messgerät 1 auf einen zu messenden Schwingquarz QX ausgelöst werden.The following is the function of the meter 1 with reference to the signal diagram according to 3 further described. By triggering the trigger switch 15 At time T ₁ , a measurement is started by generating a control signal U _S. For example, the trigger switch 15 by a pressure on the meter 1 be triggered on a quartz crystal QX to be measured.

Der Mikrocontroller 13 erhöht eine Verstärkung k des Verstärkers 24 bis sich eine Schwingung in der Oszillatorschaltung 16 aufbaut. Beispielsweise erhöht der Mikrocontroller 13 eine über die Pulsweitensteuerung 22 und das nachfolgenden Filter 19 bereitgestellte Spannung des Verstärkers 24 von einem minimalen Wert, beispielsweise einer Spannung von 0 V, bis zu einem maximalen Wert, beispielsweise einer maximalen Betriebsspannung des Verstärkers 24. Das Aufbauen der Oszillation wird über die Erkennung einer Spannungsamplitude U_det durch den Detektor 17 und den ersten Analog-Digital-Wandler 20 überwacht. Bei dem Detektor 17 handelt es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um einen Detektor, der basierend auf der Amplitude eines Wechselspannungseingangssignals ein logarithmisch skaliertes Gleichspannungsausgangssignal U_det erzeugt.The microcontroller 13 increases a gain k of the amplifier 24 until a vibration in the oscillator circuit 16 builds. For example, the microcontroller increases 13 one via the pulse width control 22 and the subsequent filter 19 Provided voltage of the amplifier 24 from a minimum value, for example a voltage of 0 V, to a maximum value, for example a maximum operating voltage of the amplifier 24 , The establishment of the oscillation is determined by the detection of a voltage amplitude U _det by the detector 17 and the first analog-to-digital converter 20 supervised. At the detector 17 In the exemplary embodiment shown, this is a detector which generates a logarithmically scaled DC _output signal U _det based on the amplitude of an AC voltage _input signal.

Erreicht die überwachte Amplitudenspannung U_det zum Zeitpunkt T₂ einen vorbestimmten Schwellwert, wird der über das Filter 19 bereitgestellte Verstärkungssteuersignal U_k durch die Pulsweitensteuerung 22 so geregelt, dass sich eine Schwingung mit einer konstanten Amplitude ergibt. Wird während des Ansteigens des Verstärkersteuersignals U_k bis auf den vorgegebenen Maximalwert überhaupt keine Schwingung durch den Detektor 17 detektiert, wird über die Anzeige 5 eine Fehlermeldung ausgegeben, die anzeigt, dass der vermessene Schwingquarz QX defekt ist oder zumindest außerhalb des möglichen Messbereichs des Messgeräts 1 liegt.If the monitored amplitude voltage U _{det reaches} a predetermined threshold value at time T _{2, the} voltage is applied via the filter 19 provided gain control signal U _k by the pulse width control 22 controlled so that a vibration with a constant amplitude results. If during the rise of the amplifier control signal U _k to the predetermined maximum value, no vibration at all by the detector 17 detected, will be on the display 5 an error message is displayed indicating that the measured quartz crystal QX is defective or at least outside the measuring range of the measuring device 1 lies.

Nach Erreichen einer konstanten Amplitude im Zeitpunkt T₃ beginnt der eigentliche Messvorgang. Während des Messvorgangs wird durch den zweiten Analog-Digital-Wandler 23 die Größe des Verstärkersteuersignal U_k und durch den Frequenzteiler 18 und den Zähler 21 die Resonanzfrequenz des angeschlossenen Schwingquarzes QX bestimmt. Dazu vergleich der Mikrocontroller 21 beispielsweise die Anzahl der Zählereignisse in einem vorgegebenen Referenzzeitraum T_mess, beispielsweise einige hundert Millisekunden. Danach kann im Zeitpunkt T₄ die Oszillatorschaltung 16 sowie der Analogteil des Mikrocontrollers 13 abgeschaltet werden.After reaching a constant amplitude at time T ₃ , the actual measurement process begins. During the measurement process is by the second analog-to-digital converter 23 the size of the amplifier control signal U _k and the frequency divider 18 and the counter 21 determines the resonant frequency of the connected quartz crystal QX. In comparison, the microcontroller 21 For example, the number of counting events in a predetermined reference period T _mess , for example, a few hundred milliseconds. Thereafter, at time T _4, the oscillator circuit 16 as well as the analog part of the microcontroller 13 be switched off.

Nach Ende des Messzeitraums berechnet der Mikrocontroller 13 eine Verstärkung k der Oszillatorschaltung 16 und die Resonanzfrequenz f des angeschlossenen Schwingquarzes QX. Dabei ist die Verstärkung k im Wesentlichen umgekehrt proportional zu einem Gütefaktor des Schwingquarzes QX. Da die Beziehung komplex ist und auch von anderen Parametern, insbesondere weiteren mit dem Schwingquarz QX verbundenen elektrischen Bauteilen und den Eigenschaften der Oszillatorschaltung 16 beeinflusst werden kann, ermittelt das Messgerät 1 die Güte des Schwingquarzes 1 in der beschriebenen Ausgestaltung nicht als absolute physikalische Größe, sondern führt eine Vergleichsmessung durch. Bevorzugt wird hierzu die Verstärkung k der Oszillatorschaltung 16 der aktuellen Messung mit einer Verstärkung k_ref eines zuvor vermessenen Referenzquarzes verglichen. Hierzu wird nach einem Referenzwert in dem Speicher 25 gesucht, in dessen Resonanzfrequenzbereich die berechnete Resonanzfrequenz f fällt. Wenn die Suche Erfolgreich ist, also ein Referenzwert mit einem passenden Resonanzfrequenzbereich gefunden wurde, wird ein prozentualer Vergleichgütefaktor berechnet, wobei ein Vergleichsgütefaktor von 100% einem gespeicherten Verstärkung k_ref des gespeicherten Etalons und 0% der größtmöglichen Verstärkung k der Oszillatorschaltung 16, beispielsweise einer Verstärkung von 41 dB, entspricht.After the end of the measurement period, the microcontroller calculates 13 a gain k of the oscillator circuit 16 and the resonance frequency f of the connected quartz crystal QX. The gain k is substantially inversely proportional to a quality factor of the quartz crystal QX. Since the relationship is complex and also from other parameters, in particular further connected to the quartz crystal QX electrical components and the characteristics of the oscillator circuit 16 can be influenced determines the meter 1 the goodness of the quartz crystal 1 in the described embodiment not as an absolute physical quantity, but performs a comparison measurement. For this purpose, the gain k of the oscillator circuit is preferred 16 the current measurement with a gain k _{ref of} a previously measured reference quartz compared. This is done after a reference value in the memory 25 searched in whose resonant frequency range, the calculated resonance frequency f falls. If the search is successful, ie, found a reference value with an appropriate resonant frequency range, then a percentage comparison factor is calculated, with a comparative figure of merit of 100% a stored gain k _{ref of} the stored etalon and 0% the maximum gain k of the oscillator circuit 16 , for example, a gain of 41 dB.

In einer nachfolgenden Analysephase werden optional charakteristische Größen des Schwingquarzes QX bestimmt und bevorzugt über die Anzeige 5 angezeigt.In a subsequent analysis phase, characteristic variables of the quartz crystal QX are optionally determined and preferably via the display 5 displayed.

Wie in der 3 dargestellt, wird die Messung zum Zeitpunkt T₅ wiederholt, solange der Auslöseschalter 15 aktiviert ist. Beispielsweise wird nach einem Pauseintervall von beispielsweise 0,3 Sekunden ein neuer Messvorgang im Zeitpunkt T₅ gestartet. Wird die Messung durch Zurücknehmen des Auslöseschalters 15 im Zeitpunkt T₆ schließlich unterbrochen, wird bevorzugt der vorletzte gemessene Wert, also in dem Zeitablauf gemäß 3 der in dem Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten T₃ und T₄ gemessene Wert, für die Anzeige verwendet, falls die zuletzt durchgeführte Messung nicht vollständig durchgeführt wurde.Like in the 3 shown, the measurement is repeated at time T ₅ , as long as the trigger switch 15 is activated. For example, after a pause interval of, for example, 0.3 seconds, a new measurement process is started at time T ₅ . Is the measurement by canceling the trigger switch 15 finally interrupted at the time T ₆ , is preferably the penultimate measured value, ie in the timing according to 3 the value measured in the time interval between the times T ₃ and T ₄ , used for the display, if the last performed measurement was not completed.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind in dem Speicher 24 eine Mehrzahl von möglichen Etalons, also Maßverkörperungen zuvor gemessener Referenzschwingquarze gespeichert. Dabei sind im Ausführungsbeispiel für jeden vermessenen Referenzschwingquarz eine minimale und eine maximale Frequenz sowie ein minimaler Gütefaktor gespeichert. In der Analysephase wird die gemessene Resonanzfrequenz des Schwingquarzes QX mit den gespeicherten Frequenzintervallen verglichen. Fällt die gemessene Resonanzfrequenz in einen der gespeicherten Resonanzfrequenzbereiche, wird ein prozentualer Vergleichsgütefaktor Q berechnet und überprüft, ob ein für den gemessenen Schwingquarz QX bestimmter Vergleichsgütefaktor Q über dem gespeicherten Gütefaktor des Etalons liegt.In a preferred embodiment are in the memory 24 a plurality of possible etalons, that is, dimensional standards of previously measured reference oscillating crystals are stored. There are in the Embodiment stored for each measured reference vibration quartz, a minimum and a maximum frequency and a minimum quality factor. In the analysis phase, the measured resonance frequency of the quartz crystal QX is compared with the stored frequency intervals. If the measured resonant frequency falls in one of the stored resonant frequency ranges, a percentage comparison factor Q is calculated and it is checked whether a comparison quality factor Q determined for the measured quartz crystal QX is above the stored quality factor of the etalon.

Ist dies der Fall, ist der gemessene Schwingquarz QX funktionsbereit und entspricht den Anforderungen des gespeicherten Etalons. Falls die gemessene Resonanzfrequenz in einem gespeichertes Frequenzintervall fällt, der bestimmte Vergleichsgütefaktor Q jedoch unter dem gespeicherten Schwellwert des Etalons liegt, handelt es sich um einen Schwingquarz QX mit niedriger Güte, der vorgegebene Qualitätsanforderungen nicht erfüllt und daher gegebenenfalls ersetzt werden sollte.If this is the case, the measured quartz QX is ready for operation and meets the requirements of the stored etalon. However, if the measured resonant frequency falls within a stored frequency interval, but the determined comparative figure of merit Q is below the stored threshold of the etalon, then it is a low quality resonant crystal QX that does not meet given quality requirements and therefore should be replaced if necessary.

Fällt die gemessene Resonanzfrequenz in keinen der zuvor gespeicherten Frequenzbereiche, kann der vermessene Schwingquarz als weiteres Etalon in einem freien Speicherplatz des Speichers 25 übernommen werden. Dabei wird der Benutzer gegebenenfalls aufgefordert, einen Schwellwert für einen Gütefaktor Q, beispielsweise einen Vergleichsgütefaktor von 70%, für das Etalon zu speichern. Bevorzugt werden dabei basierend auf der gemessenen Resonanzfrequenz eine untere und eine obere Grenzfrequenz automatisch bestimmt. Beispielsweise kann von der gemessenen Resonanzfrequenz eine Abweichung von minus bzw. plus 0,1 MHz als untere und eine obere Grenzfrequenz gespeichert werden. Des Weiteren kann eine vorgegebene oder zuletzt gemessene Verstärkung k in dem Speicher abgelegt werden.If the measured resonance frequency does not fall into any of the previously stored frequency ranges, the measured quartz crystal can be used as another etalon in a free storage space of the memory 25 be taken over. The user may be prompted to store a threshold for a figure of merit Q, such as a comparison goodness factor of 70%, for the etalon. Preferably, based on the measured resonance frequency, a lower and an upper limit frequency are automatically determined. For example, a deviation of minus or plus 0.1 MHz from the measured resonance frequency can be stored as a lower and an upper limit frequency. Furthermore, a predetermined or last measured gain k can be stored in the memory.

Die wie oben beschrieben gespeicherten Etalons können in einer bevorzugten Ausgestaltung über das Bedienelement 4 und die Anzeige 5 über geeignete Untermenüs zum Vergleich aktiviert oder deaktiviert oder vollständig aus dem Speicher 25 gelöscht werden. Des Weiteren ist es möglich, jedem Etalon ein beschreibungskräftigen Namen, beispielsweise die Resonanzfrequenz des vermessenen Schwingquarzes zuzuordnen. In einer weiteren Ausgestaltung ist es außerdem möglich, die gespeicherten Werte des Etalons manuell zu editieren.The etalons stored as described above can in a preferred embodiment via the control element 4 and the ad 5 via appropriate submenus for comparison enabled or disabled or completely out of memory 25 to be deleted. Furthermore, it is possible to assign a descriptive name to each etalon, for example the resonance frequency of the measured quartz crystal. In a further embodiment, it is also possible to manually edit the stored values of the etalon.

Um die Auswertung des Messvorgangs noch weiter zu vereinfachen und zu beschleunigen, können für die möglichen Messergebnisse unterschiedliche Stati über die LED-Anzeige 14 ausgegeben werden. In der beschriebenen Ausgestaltung blinkt die LED-Anzeige 14 beispielsweise rot, wenn überhaupt keine Schwingung des vermessenen Schwingquarzes QX detektiert wurde. Die LED-Anzeige 14 blinkt gelb, wenn die Schwingung eines Schwingquarzes QX mit einer Resonanzfrequenz erkannt wurde, die noch nicht in dem Speicher 25 gespeichert ist. Die LED-Anzeige 14 blinkt lila, wenn ein Schwingquarz QX mit einer bekannten Resonanzfrequenz aber einer unter dem gespeicherten Schwellwert liegendem Gütefaktor erkannt wird. Die LED-Anzeige 14 blinkt grün, wenn der vermessene Schwingquarz QX mit den Werten eines zuvor gespeicherten Etalons übereinstimmt.In order to further simplify and speed up the evaluation of the measurement process, different states of the LED display can be used for the possible measurement results 14 be issued. In the described embodiment, the LED indicator flashes 14 for example red, if no oscillation of the measured quartz crystal QX was detected at all. The LED indicator 14 flashes yellow when the vibration of a quartz crystal QX has been detected at a resonant frequency that is not yet in the memory 25 is stored. The LED indicator 14 flashes purple when a quartz crystal QX is detected with a known resonant frequency but a figure of merit below the stored threshold. The LED indicator 14 flashes green when the measured quartz crystal QX matches the values of a previously stored etalon.

Durch Integration der einfachen Schaltung gemäß 2 in ein handliches Messgerät gemäß 1 wird somit ein schnelles und unkompliziertes Messen ermöglicht. Neben der Zeitersparnis, die sich unter anderem durch die Möglichkeit der direkten Kontaktierung eines auf einer Leiterplatte angeordneten Schwingquarzes QX über den Messkopf 2 des Messgerätes 1 ergibt, dient die Digitalanzeige 5 in Verbindung mit der LED-Anzeige 14 zu einer einfachen, optischen Signalisierung von Messergebnissen, die ohne weitere Analyse auf eine korrekte Funktion oder einen Fehler des Schwingquarzes QX schließen lassen.By integration of the simple circuit according to 2 in a handy meter according to 1 Thus, a fast and uncomplicated measurement is possible. In addition to saving time, which is, inter alia, the possibility of direct contacting a arranged on a circuit board quartz crystal QX via the measuring head 2 of the measuring device 1 results, the digital display is used 5 in conjunction with the LED display 14 to a simple, optical signaling of measurement results, which can be concluded without further analysis on a correct function or an error of the quartz crystal QX.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Messgerätgauge
22: Messkopfprobe
3a, 3b3a, 3b: Prüfspitzeprobe
44: Bedienelementoperating element
55: Anzeigedisplay
66: Anzeigesymboldisplay icon
77: obere Zeiletop line
88th: untere Zeilebottom line
99: Gehäusecasing
1010: linker Richtungspfeilleft directional arrow
1111: rechter Richtungspfeilright directional arrow
1212: unterer Richtungspfeillower directional arrow
1313: Mikrocontrollermicrocontroller
1414: LED-AnzeigeLED display
1515: Auslöseschaltertrigger switch
1616: Oszillatorschaltungoscillator circuit
1717: Detektordetector
1818: Frequenzteilerfrequency divider
1919: Filterfilter
2020: erster Analog-Digital-Wandlerfirst analog-to-digital converter
2121: Zählercounter
2222: PulsweitensteuerungPulse width control
2323: zweiter Analog-Digital-Wandlersecond analog-to-digital converter
2424: invertierter Hochfrequenzverstärkerinverted high-frequency amplifier
2525: SpeicherStorage
2626: Aufwärtswandlerboost converter
C1, C2C1, C2: Kondensatorcapacitor
QXQX: Schwingquarzquartz crystal
R1R1: Widerstandresistance
kk: Verstärkungreinforcement

Claims

Measuring device ( 1 ) for functional testing of a quartz crystal (QX), comprising - one in the measuring device ( 1 ) integrated measuring head ( 2 ) for contacting a quartz crystal (QX); - one with the measuring head ( 2 ) associated oscillator circuit ( 16 ); A microcontroller ( 13 ) for driving the oscillator circuit ( 16 ), where the microcontroller ( 13 ) is adapted to compare at least one characteristic size of the quartz crystal (QX) with a previously measured reference size of a reference quartz; and a display device for displaying a result value depending on the comparison.

Measuring device ( 1 ) according to claim 1, wherein the measuring head ( 2 ) two with the oscillator circuit ( 16 ) connected probes ( 3a . 3b ) and for positioning the test probes ( 3a . 3b ) is designed for contacting the arranged on a printed circuit board quartz crystal (QX).

Measuring device ( 1 ) according to claim 1 or 2, wherein the oscillator circuit ( 16 ) a modified Pierce circuit with an inverted high-frequency amplifier ( 24 ).

Measuring device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, in which the microcontroller ( 13 ) is adapted to a resonance frequency of the quartz crystal and / or a gain (k) of the oscillator circuit ( 16 ), which is required for obtaining a predetermined oscillation amplitude of the quartz crystal (QX), to be compared with a resonant frequency associated with a reference quartz and a gain associated with the reference quartz.

Measuring device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, comprising a memory ( 25 ) for storing at least one resonance frequency, a resonance frequency range, a gain and / or at least one quality of the previously measured reference quartz.

Measuring device ( 1 ) according to claim 5, wherein the memory ( 25 ) is configured to store a plurality of etalons and the microcontroller ( 13 ) is adapted to compare the at least one characteristic size of the quartz crystal (QX) with the plurality of etalons and, if the characteristic size matches at least one stored etalon on the display device, display an identifier of the corresponding etalon.

Measuring device ( 1 ) according to claim 6, wherein the microcontroller ( 13 ) is arranged to store the characteristic size of the quartz crystal (QX) as a new etalon, if no match has been detected with a previously stored etalon.

Measuring device ( 1 ) according to claim 6 or 7, wherein in the memory ( 25 ) for each etalon a frequency range of a resonant frequency and a lower threshold for a figure of merit of a respective reference crystal are stored and a match with a stored etalon is determined when a measured resonant frequency of the oscillating quartz (QX) falls within the frequency range of the stored etalon and a certain one Quality factor of the crystal oscillator (QX) reaches or exceeds the lower threshold value of the stored etalon.

Method for functional testing of a quartz crystal (QX) comprising the steps of: - connecting the quartz crystal (QX) to an oscillator circuit (QX) 16 ); Increasing a gain (k) of an amplifier element of the oscillator circuit ( 16 ) until a vibration builds up in the quartz crystal (QX); - measuring a frequency of the built-up vibration; - Comparison of the measured frequency of the quartz crystal (QX) with a stored reference frequency of a reference quartz; and - displaying a result value depending on the comparison.

The method of claim 9, further comprising the steps of: - determining a quality factor of the quartz crystal (QX); and - Comparison of the specific quality factor of the quartz crystal (QX) with a stored reference value.