贴片晶振等效电路的测量工具标准
　　表面贴装SMD晶体单位是现在电子市场上,最常用的一种电子元器件,属于频率组件类别的,由于使用的范围较为广泛,每年用量超过上亿颗,海内外专业的晶体制造商超过上万家.虽然技术大部分都是大同小异,但一些较有名的品牌,也有自己独特的制造方式和测量方法.一直以来贴片晶振的等效电路测试,都是重要的步骤和环节,今天来给大家介绍下,日本水晶设备工业协会提出的表面安装晶体单元测量工具的标准QIAJ-B-008:2019-02.
　　该标准使用IEC61837,采用IEC60444-4和IEC60444-5中规定的零相测量方.法(QIAJ-B-001)中所示的表面安装型晶体谐振器(包括带有温度传感器的晶体谐振器)的串联谐振频率,串联谐振电阻和等效电路常数的准确测量指定要固定的测量工具.
1.范围
　　本标准描述了两种测量工具.
　　a)使用IEC60444-1中所述的等效电路的测量工具,以高达500MHz的传输模式进行测量.根据IEC60444-4,在将负载电容添加到高达30MHz的负载谐振参数的测量条件下,包括测量工具.对于负载电容(pF),适用范围为5pF或更大,稍后将介绍测量仪器和负载电容(pF)转接板的校准.
　　b)基于反射法的测量工具,适用于高达1200MHz的频率范围.无需增加物理负载容量.可以根据IEC60444-11测量负载共振参数.注意此标准支持以下国际标准.IEC60444-8:2016,石英晶体单元参数的测量-第8部分:表面安装石英晶体谐振器单元的测试夹具
2.引用标准
　　下列标准通过在本标准中引用而构成标准的一部分.对于这些引用的标准,如果有年份说明,则仅应用版本,而如果没有年份说明,则采用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶体单元参数的测量-第5部分:使用自动网络分析仪技术和误差校正确定等效电参数的方法QIAJ-B-013:2019,无铅晶体单元的负载电容适配器的电容校准方法
3.测量规格合同
　　测量晶体谐振器和测量工具的串联谐振频率,串联谐振电阻,等效电路常数等的方法取决于制造商和客户之间的协议.当需要确定无铅晶体单元的负载共振参数时,需要特别考虑.
4.无铅表面贴装晶体单元
　　4.1晶体单元的外部尺寸
　　对于表面贴装型SMD晶振单元,必须遵循IEC61240中规定的外部尺寸或与其相符的SMD外部结构(QIAJ-B-001等).
　　4.2泛音和频率范围
　　在增加负载电容的条件下,待测晶体单元的频率范围应在1MHz至30MHz的范围内,而在没有负载电容的情况下应在1MHz至500MHz的范围内.此外,它可以应用于基波和泛音晶体谐振器.反射测量工具的频率范围应高达1200MHz.
5.测量方法和测量工具
　　5.1测量方法
　　基本测量方法基于IEC60444-5.IEC60122-1中显示了晶体单元的等效电路模型.在几百兆赫兹或更高的高频范围内,需要高质量,高精度的晶体单元.对于金属盖SMD封装,接地和不接地时负载共振参数的测量值可能会有所不同.当晶体单元接地时,工作频率可能取决于电路中晶体单元的方向.因此,当根据IEC60444-5将振荡器的工作频率与负载谐振的测量值关联起来时,建议使用晶体单元(例如,焊盘1)的方向标记.传输测试夹具的规格测量工具的等效电路和电气值基于IEC60444-1标准.谐振器的结构和尺寸是SMD型晶体谐振器.测量工具的结构在图1和2中示出.

图1不带负载电容的量具的等效电路(CL)(频率范围:1MHz500MHz)

图2带有负载能力的量具的等效电路(频率范围:1MHz30MHz)

　　图3示出了测量工具的三维结构,图4示出了其尺寸的轮廓.测量工具必须向要测量的晶体单元的上表面施加1.96N的压力,以确保通过表面安装型晶体单元的端子电极与测量端子之间的接触进行连接.另外,测量工具被设计成维持测量精度并促进测量工作,但是测量端子处的接触故障仍然导致晶体单元的等效电路常数的测量误差.需要确认和关注.

图3测量工具的三维视图

图4测量工具的尺寸图

图5量具的结构

　　5.3反射测试治具的规格
　　图6显示了反射测量工具的结构,该工具可以测量1MHz至1200MHz的频率范围[2].这是IEC60444-5中所示的1端口反射计的SMD版本.

図6反射測定用具の設計

　　该测量工具通过高质量同轴电缆连接到网络分析仪的S11端口,该同轴电缆在测量工具侧具有APC3.5精密同轴连接器.如果频率较高,建议使用半刚性或刚性同轴电缆.如图7所示,被测设备(DUT)固定在测量适配器上.用于固定DUT的导板必须根据DUT的IN-OUT端子进行设计.

图7反射测量工具的结构

　　连接销插入DUT侧同轴连接器的中心导体中.插入过程中必须小心,以免因过大的力而变形.固定夹拧到基座上.螺丝的拧紧程度根据机器的状况进行调整.过度拧紧夹具会损坏同轴连接器或DUT.调整M5螺钉,使其不会太远进入测量单元.
　　5.4测量设备
　　该设备由矢量网络分析仪(包括反射特性测量仪和S参数测量仪)以及测试夹具组成.矢量网络分析仪具有基于测量值的数值计算处理的内置误差校准功能,并且可以有效消除由于测量仪器和连接的测试夹具而引起的误差因素.测试夹具用于一个端口,因此可以测量反射特性.反射特性测量装置通过校准三个误差参数来确定连接到端口的被测物体的反射特性.
6.校准
　　6.1测量工具的校准
　　测量需要三种类型的标准阻抗,例如短路元件(0),开路元件(=开路)和25Ω或50Ω元件的标准电阻(用作校准标准).25Ω或50标准电阻的精度在1MHz至500MHz的频率范围内指定.请注意,如果在小于150MHz的低频下频率小于50±5％,并且相位误差在0.2°以内,则满足要求.当确定测量工具的测量端子之间的杂散电容存在问题时,需要进行开路校准.如果频率很高,请用等效电路描述校准进口贴片晶振(有关详细信息,请参见IEC60444-5,附件A).
　　6.2负载能力(CL)转接板校准
　　负载能力(CL)适配板使用电容表根据IEC60444-4进行校准.测量在1MHz下进行,容差必须小于±0.02pF.QIAJ-B-0013无铅晶体单元的无负载适配器的容量校准方法中指定了校准方法的详细信息.
　　6.3反射测量系统的校准
　　在将测量工具连接到同轴电缆上之前,应使用三个不同的元素对测量系统进行校准.使用精确的APC3.5校准设备(开路元件,短路元件,50Ω元件),其特性在测量频带内得到保证.如果将电缆连接到测量工具,并且在不插入晶体谐振器的情况下进行测量,则会发生相位误差.为了补偿该相位误差,增加了电长度(电长度).图8显示了测量工具的详细结构.

图8反射测量工具校准技术

表面安装晶体单元的测量工具标准
　　1.成立目的
　　晶体单元工作频率所需的测量精度必须足以通过测量工具,负载容量适配器和校准方法来保证频率稳定性.但是,现实情况是,由于负载容量(CL)适配器容量,测量工具结构,校准和零件材料的变化,石英晶体振荡器制造商之间的负载谐振频率会有所不同.另外,随着晶体单元的小型化,负载容量趋于降低,并且负载容量适配器的校准的重要性日益增加.在这种背景下,指定了一种用于表面安装晶体单元的测量工具.
　　2.补充项目
　　1.本标准中测量工具的频率和负载能力(CL)的适用范围如下.
　　(A)无负载容量(CL):1MHz至500MHz
　　(B)有负载能力(CL)时:1MHz至30MHz使用这些适用的频率范围和测量方法时,测量精度约为±1×10-6,并且串联谐振电阻的精度为±2或在±10％以内.
　　(C)5pF或更高…尽管在IEC60444-8中为10pF或更高,但实际上有10pF或更低.
　　2.第5.2节中测量工具的配置基于IEC60444-1,但在表面安装石英水晶振子单元中,端子GND和修整器之间的杂散电容符合IEC60444-1图2(0.5?5pF)不被视为等效电路.

IEC60444-1图2测量工具的等效电路

贴片晶振等效电路的测量工具标准

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