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晶振主动倾角的定义和测量方法

来源:http://www.jinluodz.com 作者:金洛鑫电子 2019年08月31
活动倾角定义:
       本标准适用于AT切割晶体单元温度的有源浸渍,IEC60444-7:2004,石英水晶振子单元参数的测量,标准构成本标准引用标准的一部分:IEC60444-1:1986/AMD1:1999ED2,通过零相位技术测量石英晶体单元参数-网络:-第1部分通过零相位技术测量石英晶体单元的谐振频率和谐振电阻的基本方法.当对石英晶体施加连续温度变化时,由不同振动模式耦合引起的谐振频率和串联电阻的突然波动,该现象与测量方法和测量系统无关,与热冲击引起的现象不同.测量方法基于晶体制造商和客户之间的协议.
推荐的测量方法:
       a)精密变温度的推荐测量方法和温度稳定性如表1所示.
表1推荐的测量方法和温度稳定性
项目 推荐的测量方法或温度稳定性
测定法 电路方法
精密可変温度槽 相对于设定温度±0.2ºC
       b)激励水平应根据晶振单元类型设置为最佳电流值.表2显示了设定电流的参考值.
表2设定当前值(参考)
  激励程度
电流值 0.5mA,1.0mA,1.5mA
       c)表3显示了推荐的测量温度间隔类别.
表3推荐的测量温度区间类别
分类 建议测量温度间隔
排名1 0.2ºC
排名2 1ºC
排名3 2ºC
排名4 5ºC
排名5 10ºC
       备注:当施加低于2ºC时,确认石英晶体谐振器精密可变温度浴的温度稳定性满足所需的温度间隔.
测量条件:
       a)激励水平
       b)负载能力
       c)温度范围
       d)温度间隔
参考方法:
       测量系统由精密可变温度室组成,可以保持温度上升斜率恒定并降低温升速率,π电路符合IEC60444-1标准.晶体谐振器从下面定义的最低温度开始测量,并在指定的测量范围内单独测量.最高和最低测量温度设定在下限5°C,上限高10°C,低于规定的工作温度范围.将测量温度间隔设置为0.2°C或更低.在测量温度范围内,精密可变温度室的温度变化率应为2°C/min±10%.在每个温度下,必须记录待测振动器的负载共振频率和等效电阻以及振动器附近的实际温度.
批处理方法:
       测量系统由精密可变温度室和符合IEC60444-1的电路组成.在批量方法中,石英晶体单元在精确的可变温度室中进行测量.每个进口晶体振荡器在指定的最低温度下启动,并依次在每个温度下测量.建议的温度间隔为2°C.建议将最高和最低测量温度在指定工作温度范围之上和之下延长5°C.
检查方法从以下项目中选择并单独确定:
        a)制造保证,不检查.
        b)抽样检查
        c)100%检查
评估方法:
       在共振频率相对于温度的主动倾角确定中,在连续的温度间隔处测量频率偏差,并且确定基于测量值的近似表达式.根据测量的温度范围,根据表4确定用于近似计算的近似顺序.接下来,获得每个温度下的频率测量值与近似表达式的数值之间的残差,并且使用该残差值进行确定.这里,应用最小二乘法来确定频率测量值的近似表达式.测量温度和频率残差之间的关系由等式1由测量温度(T)处的测量频率偏差(Fm)和近似表达式的频率值(△F(T))表示.
       另一方面,负载下的等效电阻相对于温度的有效下降获得了测量温度(T)与负载(Rm)期间测量的等效电阻之间的近似表达式.根据测量的温度范围,根据表4确定用于近似计算的近似顺序.接下来,通过获得在测量值(Rm)和通过近似表达式获得的值(Rc)之间的负载下的等效电阻残差(△R(T))来进行确定.负载(△R(T))下的等效电阻残差由公式2表示.但是,最小二乘法可能不适用于毫无疑问的范围.
表4用于测量温度范围的近似顺序
测定温度幅 近似次数
F(T) R(T)
≤40℃ 3 2
40℃<△T<120℃ 4 2
≥120℃ 5 3
       备注对于具有二阶温度特性的晶体单元(例如,BT-Cut或低频带晶体单元),可以说降低顺序就足够了.
评估标准:
       共振频率相对于温度的有效倾角确定和负载下的等效电阻由石英晶振制造商和客户之间的协议定义,具有以下残余或剩余斜率.
       a)由残差指定时
       频率残差(△F(T))和负载等效电阻残差(△R(T))由前一节中的方法定义,并确定每个残差的标准.此外,残差可以被确定为残差|(△F(T))和|(△R(T))|的绝对值.另一方面,基于残差的确定标准可以由每个有效下降的最大值和最小值之间的差来表示,并且可以被确定为频率残差的变化宽度.
       周波数残差:△F(T)=Fm(T)-Fc(T)…….式1
       负荷时等価抵抗残差:△R(T)=Rm(T)-Rc(T)…….式2
       b)由剩余斜率指定时
       当基于频率残差相对于温度的斜率确定特性时,使用等式3定义频率残余斜率并确定频率剩余斜率的标准.残余梯度可以由残余梯度的绝对值|△F△T1|确定.类似地,当基于等效电阻残余电阻相对于温度的斜率确定特性时,通过等式4定义具有负载的等效电阻残余斜率,并确定具有负载的等效电阻残余斜率的标准.残余梯度可以由残余梯度的绝对值|△R△T1|确定.
周波数残差勾配:YLJ1.png
負荷時等価抵抗残差勾配:YLJ2.png
       主动浸渍术语,实例和检测方法
A.1主动倾角术语
       当对晶体单元施加连续温度变化时发生的共振频率和串联电阻的突然波动现象表示为英语中的活动下降.然而,没有日本人充分代表这种现象.出于这个原因,Activity Dips在Katakana中表示为”Activity Dips”,这包含在定义中.
A.2主动倾角的例子
       使用石英晶体振荡器的有源下降示例如图A.1所示.图A.1(a)显示了频率偏差相对于温度和近似方程值的测量值,图A.1(b)显示了这些频率残差.图A.1(c)显示了负载下等效电阻的测量值和近似表达式相对于温度的值图A.1(d)显示了负载下等效电阻的测量值和负载下的等效电阻值,显示残差.
成立的目的:
       AT切割晶体单元用于移动通信终端设备和AV设备中的晶体振荡电路.随着通信线路的频率变高和频率稳定性越高,晶体振荡电路所需的频率稳定性变得越来越严重.尽管这些电路处于进一步小型化和低功耗的趋势,但是通过减小晶体谐振器的尺寸,倾向于降低相对于激励电平的设计余量.结果,已经发现晶体谐振器的有源下降不能忽略,包括当激励电平高于适当值的状态下使用晶体谐振器的激励电平时对频率稳定性的影响.
       因此,石英晶体制造商正在研究根据客户要求抑制有源浸渍的发生,但由于加工精度和晶体单元要求的限制,这不能可靠地防止.在某些情况下.在此背景下,目的是澄清晶体单元的有效倾角定义,并通过相互讨论设定标准,以便可以正确使用晶体单元.

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