对晶振的负载谐振频率进行丈量有许多种办法，直接阻抗法便是其间一种，它运用网络分析仪，比物理负载电容法等其它办法愈加准确、便利而且本钱更低。本文介绍怎么运用直接阻抗法进行丈量并经过实测数据阐明它好于其它丈量办法的原因。
在 晶振参数丈量中，因为Fs和Fr阻抗相对较低，按IEC 444和EIA 512进行Fs/Fr丈量没有什么困难，问题首要在于负载谐振频率(FL)的丈量，特别是负载电容(CL)很低的时分。晶振在负载谐振频率处阻抗相对较高，用50Ω网络分析仪丈量较高阻抗要求丈量设备具有很高安稳性和高精度，一般来说这样的要求不切实践，本钱太高，因而技能人员又开发了几种负载谐振频率丈量办法，如核算法、物理负载电容法等，这些办法规划用于丈量低阻抗晶振，这样就可运用低精度设备。咱们下面先对各种办法作一比较。
负载谐振频率丈量法
1. 核算法
依据IEC 444规则，被测器材(DUT)在约±45°对其动态参数进行丈量，负载谐振频率依据±45°数据“核算”得到。
该办法的长处在于被测器材在相对较低阻抗即挨近25Ω处进行丈量，因而测验对寄生重量的软件补偿要求相对简略。它的缺陷在于被测器材不是在终究运用条件下进行测验，即不在相移等于规则的CL/FL处进行测验，假如晶振功用严厉遵从四器材模型，那么这个办法也是可以承受的，但当晶振对错线性时(即不契合四器材模型)，FL的丈量就不行准确。
假如现已知道被测器材是一个线性晶振，则可以运用这个办法来丈量;但在大多数场合下，需求先有一个测验办法来告知你它是否是线性的，所以核算法不有用，除非你在测验前现已知道晶振是线性的。
那么晶振的线性度终究有什么影响呢?从电路运用观念来看，只需晶振有一安稳(可重复)清晰的阻抗-频率曲线，而且在振荡器中功用正常，它便是一个好晶振，是不是线性没有关系，非线性晶振并不意味着是一个坏晶振。
而晶振规划人员则以为，市场趋势是向小型化方向开展，如AT带状晶振和SMD晶振，与大的圆形晶振不同，小型晶振选用矩形坯料，此刻再运用四器材模型比较困难。不过丈量有问题并不表明它是一个坏晶振，只不过还需求一些可以在不触及非线性条件更准确丈量晶振的测验办法或体系，以供给更多信息，如寄生形式在不同温度下对晶振功用的影响状况等。
从晶振丈量视点来看，核算法不适用于测验非线性晶振，因为丈量准确度取决于晶振特性，而它的差异很大，假如存在其它适用的测验手法就应该抛弃运用这种办法
2. 物理负载电容法
如IEC 444规范所述，该办法的基本概念是用一个实践电容与晶振串联，然后在指定负载电容下丈量晶振，并对两者一起进行丈量。这与核算法比较是一个很大的改善，因为没有过多估量，而且网络分析仪是在相对较低的阻抗上丈量负载谐振频率。
该办法已被广泛选用，它有下面一些长处：
·比较于核算法，负载谐振频率具有杰出的可重复性。
·不同机器之间可经过调整物理负载电容很简略完成共同，无需改动任何软件参数，只需有一张按不同用户、供货商、设备、频率、测验前端装备等做出的负载电容对照表即可。
·丈量速度较快
但它也有一个显着的缺陷，即串联谐振频率(Fr)、谐振电阻(Rr)和静态电容(Co)值不能经过一次测验准确得到，被测器材有必要测两次，即装上和不装负载电容进行测验，这样悉数参数才干到达必定的精度，但这些丈量在做完驱动电平相关性(DLD)和寄生形式丈量后十分困难(依据IEC 444-6，DLD和寄生丈量两者都是依据串行丈量而不是负载丈量的)。
物理负载电容法的问题是，假如咱们更深化地看一下它的“长处”就会问，假如它足以进行准确丈量，那为什么还要查负载电容表呢?答案清楚明了：这个办法还不行好，但因为看起来没有其它更好的办法，所以咱们只能承受它。
该办法之所以难于到达所需的准确度是因为：
·寄生重量(CX和CY)对精度的影响很大，而且很难补偿。
·IEC 规范界说了一个具有最小寄生重量(CX和CY)的“抱负”测验夹具，但“抱负”测验夹具不适用于大批量主动丈量，所以“最小寄生”很难得到。因为寄生重量过大，“抱负”测验夹具中可变负载电容会危及夹具的“抱负”状况。·许多工程师作了许多尽力企图补偿CX和CY以到达一个可承受的水平，但悉数尽力都无果而终。
·更深化地看一下问题的本质会发现，寄生重量并不限于CX和CY，它或许包含具有LX和LY等的整个电路，这便是为什么咱们运用的表也将频率列为一个变量。
该办法首要技能难点在于，有关校对物理负载电容以及在晶振与电容结合处补偿寄生电容和电感的技能问题依然有很大部分没有解决。
直接阻抗法
从电路运用的观念看，假如要求加上指定负载电容后到达负载谐振频率，意味着晶振有必要在规则的负载谐振频率处表现为一个电感，即被测器材阻抗=-负载电容阻抗。
这是一个基本要求，只需有或许晶振应在完全契合这一要求的条件下进行测验，而不该有任何估量，直接阻抗办法便是依据这一基本原则。直接阻抗法的测验设置十分简略，
·将被测器材放入π型网络测验前端。
·运用与IEC444丈量Co、Fr和Rr相同的硬件装备。
·将频率归纳仪的频率重复查找直到被测器材阻抗=-负载电容阻抗。
·依据FL、Fr和Co核算其它动态参数L1和C1。
这种办法的首要长处是在终究运用的负载电容条件下丈量晶振，没有太多估量，因而就算晶振对错线性也不会有什么问题。
别的即便不知道负载电容也不用校对CX和CY(或许LX、LY等)，它可以确保精度和再现性，不仅仅仅仅可重复性。一起Fr、Fs、FL、Rr和Rs悉数一次丈量完，使DLD和寄生呼应丈量更简略更准确。
运用这种办法时，还有其它一些考虑要素，包含：
1.软件校对和寄生重量补偿
IEC 444规范不要求用软件技能进行清晰的寄生重量补偿和校对，而是更依赖于无缺的测验前端。因为没有恰当软件补偿，IEC 444规范只能用抱负测验前端在低阻抗处进行丈量，但这样一个具有最小寄生重量的测验前端在大批量生产中是不切实践的，这便是为什么大多数实践丈量体系在必定程度上都运用了软件技能补偿寄生电抗重量。
直接阻抗丈量法需求更全面的π型前端模型和很多数学核算，幸亏现在的核算机/网络分析仪的速度和本钱能使这一要求得以完成。有必要正确运用这种办法，不然体系将无法在丈量高阻抗时得到杰出的重复性、再现性和精度。
2.驱动电平
在丈量负载谐振频率时，直接阻抗法所需电压幅值要比用相同硬件设置的其它办法大得多。好在丈量Fr/Fs时也可以获得相同的驱动电平，因而驱动电平相关性和寄生比率测验可以十分准确，为质量差的晶振供给了安全防护。此外加上一个商用功率放大器后(本钱在几百美元到上千美元之间)，该办法的有用驱动电平在CL =20pF、20MHz条件下可高达400mW以上。
无源丈量驱动电平的精度(IEC444和EIA512规范)一向有着一个问题，即在一般一秒钟测验时刻中，大多数迭代查找并没有将方针驱动功率加在被测器材上，而是直到测最终几个读数时才或许施加方针驱动功率，但这些读数只要几毫秒或几分之一毫秒的时刻。上述悉数测验办法都有这样的问题。
测验数据比较
咱们选用直接阻抗丈量法，但运用不同的网络分析仪、测验前端、频率和负载电容进行丈量，用得到的测验数据来验证测验办法的作用。
关于重复性和再现性测验，咱们运用的设备包含：
·两种网络分析仪，别离是HP E5100A和Kolinker KH1200，两者都装有内部频率参阅，并进行过热机和校对。
·四种测验夹具，编为1号到4号，包含一个契合IEC规范的夹具和三个适用于批量生产的夹具。
·一个11.150MHz HC49US晶振，关于Fs和FL在CL=10、20和30pF时用上述网络分析仪和测验夹具别离组合，每个组合测1,400次。
关于精度测验，除了运用上面的测验数据外，还有些其它条件：
·运用物理负载电容法，用一个8.725pF固定负载电容，对首要参数不运用软件补偿。
·运用物理负载电容法，用一个可变负载电容，调至10pF，对首要参数不运用软件补偿。
关于重复性和再现性，显现出直接阻抗法重复性和再现性都很好，对Ts大至30到40ppm/pF的晶振，在|0.2pF|范围内成果杰出。关于精度，表3显现这种办法相关于抱负测验夹具(小寄生重量)能得到更好的精度(在|0.2pF|内杰出)，但关于运用非抱负测验夹具的物理负载电容法(可变负载电容，大寄生重量)两者无法比较。
这些数据显现直接阻抗法因为在不同硬件装备下的重复性、再现性和精度而值得更多重视，可是还应该进行多一些实验以验证不同频率规范所形成的差错及不同晶振样品(有谐波、成心挑选的非线性晶振等)所形成的差错。
本文定论
依据上面的原理和实验数据，咱们主张对直接阻抗丈量法进行更多研究工作，以求进一步进步IEC444 和 EIA512丈量规范。
上面的评论重视负载谐振频率的丈量精度是因为这是晶振业界很头疼的工作。咱们应该记住直接丈量法还能供给准确的Fs、Fr、Co和ESR，这意味着在一次经过测验中咱们可测验悉数晶振参数，包含DLD、寄生形式、Q值等，无需再刺进或改动任何负载电容。运用该办法的设备市面上现已呈现，这类设备可以供给悉数晶振参数的准确丈量值，十分便于用户运用，而且本钱也很低。
