1 导言
石英晶体谐振器(以下简称石英晶体)是信息产业中要害的频率电子元器材之一，广泛使用于通讯技能、丈量技能和核算机技能等范畴，它可为各种使用供给准确认时或时钟基准信号。因为石英晶体具有频率稳定性好、品质因数高和本钱低一级特色，因此广泛用作时刻频率基准和为时序逻辑电路供给同步脉冲。跟着核算机、微电子等职业的飞速开展，对石英晶体元器材的功能提出了更高的要求，首要表现在谐振频率向更高方向开展、谐振频率精度要求进步、鼓励功率更低一级。[2]
依据石英晶体在实践使用中常常串联一负载电容作为一个全体的频率器材的现状,本论文对实践电容法石英晶体负载谐振频率的丈量进行了研讨。π网络零相位法是世界电工委员会(IEC)引荐的测验石英晶体参数的规范办法。本论文介绍了π网络零相位法丈量石英晶体负载谐振频率的原理，剖析了石英晶体夹具所带来的杂散电容的影响并以美国SA公司的π网络石英晶体测验体系为规范核算出杂散电容值，在后续丈量中以此值进行校准，使丈量成果到达了更高的精度。负载谐振频率的丈量办法首要有以下三种：
核算法：
首要测验出串联谐振电阻FR、静电容C0和动电容C1的值，然后依据公式核算出FL的值，因为C0和C1的测验精度远低于FR的测验精度，所以核算法测出的FL的值精度较低。
模仿测验法：
该办法首要测验串联谐振频率和动态参数并使用这些参数值核算出负载谐振频率，然后将信号源的输出信号频率调整为该频率并在该频率点上测验石英晶体的阻抗，依据核算出的在该频率点上石英晶体的阻抗和实践测验阻抗之间的差异来线性调理信号源输出信号的频率，当两个阻抗值持平时信号源的输出信号频率即为石英晶体的负载谐振频率。
实践电容法：
实践电容法是将一个实践负载电容与石英晶体串联后刺进π网络的夹具中，然后不断改动输入π网络的鼓励信号的频率，并检测两头的相位差，当石英晶体处于负载谐振状况时，π网络两头相位差为零，此刻的频率即为负载谐振频率。当实践负载电容加于π网络时，石英晶体和负载电容之间的连接点成为高阻抗点，夹具的杂散项对测验成果有严重影响，本论文对这一影响做出了剖析。
2 π网络法石英晶体丈量原理
2.1 π网络法丈量原理
π网络法丈量石英晶体电参数原理图如图1所示：[3]
图1 π网络原理图
VA是输入的鼓励信号，VB是经过π网络后的输出信号，依据石英晶体作业于谐振频率时出现纯阻性，所以经过改动输入信号VA的频率并丈量VA与VB的的相位差，当相位差为零时，此刻的频率即为石英晶体的串联谐振频率(FR)，假如晶体串联一个电容，则测得的频率便是石英晶体的负载谐振频率(FL)。
2.2 石英晶体电参数模型
石英晶体的等效电参数模型如图2所示：
图2 石英晶体串联负载电容后等效电路
其间，C0称为石英晶体的静电容，由石英晶体两头所镀金属膜发生，它表征了石英晶体的静态特性,典型值为1pF～10pF。C1称为动电容，典型值为10-1 pF～10-4pF，L1称为动电感，典型值在10-5H(低频石英晶体)到10-3H(高频石英晶体)内。
由该图可得串联负载电容后石英晶体的阻抗如下式：
由以上公式能够看到，经过一组已知的负载电容CL和对应的负载谐振频率FL，那么恣意给出一个负载电容CP，由公式(5)就能够得到其对应的负载谐振频率FP，相同恣意给出一个谐振频率值FP，由公式(6)就能够得到其对应的负载电容CP。
2.3 实践电路中杂散电容的核算
在实践的π网络电路中，石英晶体插在一个导电夹具上进行丈量。该夹具存在着散布参数，给测验电路带来了杂散项。这些杂散项对测验有比较大的影响，当石英晶体和负载电容串联后接入π网络时，这些影响已不能忽视，设夹具所带来的杂散电容为CX，按以下过程丈量：
首要以250B为规范测得负载电容为CL时对应的负载谐振频率FL,然后在本测验体系中相同负载电容测得负载谐振频率为FP，将FL、CL、FP代入公式(6)(FR和C0能够丈量得到)得到负载电容值CP，此刻因为杂散电容的存在，可得：
CP=CL+CX (7)
这样就求得了杂散电容值CX。
2.4 负载谐振频率的丈量
设要丈量负载电容值为CL下的负载谐振频率，由公式(7)可知，在实践电路中石英晶体应串联的电容值为CL – CX,此刻丈量得到的频率即负载谐振频率FL。
3 测验体系规划
石英晶体负载谐振频率测验体系硬件框图如图3所示：
图3 石英晶体负载谐振频率测验体系框图
核算机经过接口电路操控信号源在石英晶体的谐振频率点邻近宣布接连改变的频率信号，信号经过插有石英晶体及负载电容的测验π网络，在频率扫描的过程中不断检测π网络两头信号的相位差，鉴相电路的效果便是输出一个与输入相位差成反比的电压信号，这样核算机读取A/D电路转化后的值并确认最大值所对应的信号的频率，即为要测的石英晶体的负载谐振频率。[4]
4 试验数据
选用本方案，选取负载电容CL值为30pF,以标称频率为16.9344 MHz的晶体进行核算，得到夹具所形成的杂散电容CX值为2.89 pF，测得一组试验数据如下表：
表1 测验数据剖析
5定论
使用实践电容法丈量石英晶体的负载谐振频率，并以美国SA公司的π网络石英晶体测验体系为规范，算出石英晶体夹具所形成的杂散电容，进行校准，使得重复丈量精度到达±2ppm。
参考文献
[1] Dwane Rose, Load Resonant Measurements Of Quartz Crystal. Proceedings Of The Annual Frequency Control Symposium. 1991. P.191-200.
[2] 鲁恭诚 刘桂礼 李东等.石英晶体谐振器负载谐振频率丈量技能研讨. 北京机械工业学院学报，2004,19(1):81-84.
[3] 李东,刘桂礼,赵双琦.石英晶体谐振器负载谐振参数丈量办法的改善[J].北京机械工业学院学报,1998,13(4):18-21.
[4] 杨蒙生,刘桂礼,李东,等.石英晶体静%&&&&&%丈量办法的研讨与完成[J].微核算机信息,2007,23(8-2):212-213,154.
[5] 张毅刚,付平,王丽. 选用数字相关法测验相位差. 计量学报, 2000,7:216-221.
[6] 李刚，刘桂礼，李东,等. π网络法测验石英晶片办法及体系规划. 北京机械工业学院学报, 2002,9:15-18.
