SMD表面貼裝晶體單元是目前石英水晶市場上,最常用的一種封裝,常規(guī)的尺寸從大到小有7050mm,5032mm,3225mm,2520mm,2016mm和1612mm等,在業(yè)界里晶體通常是泛指無源的石英晶體諧振器.由于性價比高且應(yīng)用范圍廣泛,每年用量至少有幾十億顆,基本上每個領(lǐng)域的產(chǎn)品都會用到貼片晶振.雖然是批量生產(chǎn)的,但廠家在出貨前都會進(jìn)行一系列的檢查和測量,并且都是根據(jù)國際與業(yè)內(nèi)的高標(biāo)準(zhǔn),今天金洛鑫電子,就為大家細(xì)細(xì)講解下,貼片晶體測量的工具及其通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格.

本標(biāo)準(zhǔn)采用IEC60444-4和IEC60444-5中規(guī)定的零相位測量方法,基于IEC61837(QIAJ-B-001)中所示的表面貼裝SMD晶體單元(帶溫度傳感器的晶體單元)該測量工具可確保精確測量串聯(lián)諧振頻率,串聯(lián)諧振電阻和電氣等效電路常數(shù).

該標(biāo)準(zhǔn)描述了兩種測量工具.

a)使用IEC60444-1中描述的電氣等效電路測量工具,用于高達(dá)500MHz的傳輸模式下的測量.根據(jù)IEC60444-4,在負(fù)載電容測量負(fù)載諧振參數(shù)高達(dá)30MHz的條件下包括測量工具.對于負(fù)載電容(CL),適用范圍為5pF或更大,并且稍后將描述測量儀器和負(fù)載電容(CL)適配器板的校準(zhǔn).b)基于適用于高達(dá)1200MHz頻率范圍的反射方法的測量工具.無需添加物理負(fù)載容量.負(fù)載共振參數(shù)可以根據(jù)IEC60444-11測量.

引用標(biāo)準(zhǔn)

以下標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成本標(biāo)準(zhǔn)引用標(biāo)準(zhǔn)的一部分.對于這些引用的標(biāo)準(zhǔn),如果有年份的描述,則僅應(yīng)用版本,如果沒有年份的描述,則應(yīng)用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶體單元參數(shù)的測量-第5部分:使用自動網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)和誤差校正確定等效電參數(shù)的方法QIAJ-B-013:2019,容量校準(zhǔn)方法.

規(guī)范測量合同

測量晶體諧振器和測量工具的串聯(lián)諧振頻率,串聯(lián)諧振電阻,電氣等效電路常數(shù)等的方法取決于制造商和客戶之間的協(xié)議.當(dāng)需要確定無引線晶體單元的負(fù)載諧振參數(shù)時,需要特別考慮.

無鉛表面貼裝晶體單元

晶體單元的外形尺寸:對于表面貼裝型(SMD)時鐘晶體單元,IEC61240中規(guī)定的外部尺寸或符合它的SMD外部結(jié)構(gòu)(QIAJ-B-001等).

泛音和頻率范圍

在增加負(fù)載電容的情況下,待測晶體單元的頻率范圍應(yīng)在1MHz至30MHz的范圍內(nèi),在沒有負(fù)載電容的情況下,在1MHz至500MHz的范圍內(nèi).此外,它可以應(yīng)用于基波和諧波晶體諧振器.反射測量工具的頻率范圍應(yīng)高達(dá)1,200MHz.

測量方法和測量工具

測量方法:基本測量方法基于IEC60444-5.IEC60122-1中顯示了晶體單元等效電路的模型.在幾百MHz或更高的高頻范圍內(nèi),需要高質(zhì)量和高精度的諧振器單元.對于金屬蓋SMD封裝,接地和不接地之間的負(fù)載諧振參數(shù)測量可能存在差異.當(dāng)晶體單元接地時,工作頻率可能取決于電路中晶體單元的方向.因此,在根據(jù)IEC60444-5將振蕩器的工作頻率與負(fù)載諧振的測量值相關(guān)聯(lián)時,建議使用晶體單元的方向標(biāo)記(例如焊盤1).傳輸測試夾具的規(guī)格測量工具的等效電路和電氣值基于IEC60444-1標(biāo)準(zhǔn).諧振器的結(jié)構(gòu)和尺寸是SMD型晶體諧振器.測量工具的配置如圖2和3所示.

圖1無負(fù)載容量的測量工具等效電路(CL)(頻率范圍:1MHz500MHz)

圖2負(fù)載能力測量工具的等效電路(頻率范圍:1MHz30MHz)

圖3示出了測量工具的三維結(jié)構(gòu)圖,圖4示出了尺寸的輪廓.測量工具需要向待測量的晶體諧振器的上表面施加1.96N的壓力,以確保通過表面安裝晶體諧振器的端電極與測量端子之間的接觸進(jìn)行連接.此外,測量工具設(shè)計用于保持測量精度并便于測量工作,但測量端子處的接觸故障仍然導(dǎo)致晶振的電等效電路常數(shù)的測量誤差,需要確認(rèn)和關(guān)注.

圖3測量工具的三維視圖

圖4測量工具的尺寸圖

圖5測量工具的結(jié)構(gòu)

使用反射方法的測量(反射測試夾具的規(guī)格)圖6顯示了可以測量1MHz至1,200MHz頻率的反射測量工具的結(jié)構(gòu)[2].這是IEC60444-5中所示的1端口反射計的SMD版本.

圖6反射測量工具的設(shè)計

測量工具通過高質(zhì)量的同軸電纜連接到網(wǎng)絡(luò)分析儀的S11端口,該電纜在測量工具側(cè)配備有APC3.5精密同軸連接器.如果頻率很高,建議使用半剛性或剛性同軸電纜.被測器件(DUT)固定在測量適配器上.

如圖7所示.用于固定DUT的導(dǎo)板必須根據(jù)DUT的IN-OUT端子進(jìn)行設(shè)計.

圖7反射測量工具的結(jié)構(gòu)

連接銷插入DUT側(cè)的同軸連接器的中心導(dǎo)體.插入時必須小心,以避免因過大的力量而變形.保持夾用螺釘固定在基座上.根據(jù)機(jī)器的狀況調(diào)節(jié)螺釘?shù)臄Q緊程度.過緊夾具會損壞同軸連接器或DUT.調(diào)整M5螺釘,使其不會進(jìn)入測量單元太遠(yuǎn).

測量設(shè)備

該設(shè)備包括矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀,包括反射特性測量儀和S參數(shù)測量儀,以及測試夾具.矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有基于測量值的數(shù)值計算處理的內(nèi)部誤差校準(zhǔn).它具有正功能,可以有效去除測量儀器和連接的測試夾具引起的誤差因素.測試夾具用于單端口,因此可以測量反射特性.反射特征測量儀器通過校準(zhǔn)三個誤差參數(shù)來確定連接到端口的待測物體的反射特性.

測量工具的校準(zhǔn)

測量需要三種類型的標(biāo)準(zhǔn)阻抗,例如短元件(0),開放元件(=開路),以及用作校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的25或50元件標(biāo)準(zhǔn)電阻.在1MHz至500MHz的Quartz Crystal頻率范圍內(nèi)規(guī)定了25或50個標(biāo)準(zhǔn)電阻的精度.如果在低于150MHz的低頻率下頻率小于50±5％且相位誤差在0.2°以內(nèi),則滿足要求.當(dāng)確定測量工具的測量端子之間存在雜散電容問題時,需要開路校準(zhǔn).如果頻率很高,請用等效電路描述校準(zhǔn)元件(詳見IEC60444-5,附錄A).

負(fù)載能力(CL)適配器板的校準(zhǔn)

負(fù)載能力(CL)適配器板的校準(zhǔn)方法基于IEC60444-4,使用電容計.測量在1MHz下進(jìn)行,公差必須小于±0.02pF.校準(zhǔn)方法的細(xì)節(jié)在QIAJ-B-0013負(fù)載校準(zhǔn)適配器電容校準(zhǔn)方法中規(guī)定,用于無鉛晶體諧振器.

反射測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)

在將測量工具連接到同軸電纜之前,測量系統(tǒng)使用三種不同的元件進(jìn)行校準(zhǔn).使用精確的APC3.5校準(zhǔn)設(shè)備(開放元件,短元件,50Ω元件),其特性在測量頻帶中得到保證.如果將電纜連接到測量工具并且在不插入晶體諧振器的情況下執(zhí)行測量,則發(fā)生相位誤差.為了補(bǔ)償該相位誤差,增加了電長度(電長度).

圖8顯示了測量工具結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié).

圖8反射測量工具校準(zhǔn)技術(shù)

通過以上的介紹和講解,可以發(fā)現(xiàn)用于無源貼片諧振器測量的工具和標(biāo)準(zhǔn),是比較嚴(yán)格仔細(xì)的,才能保證品質(zhì)和性能.SMD型的石英晶體用量非常巨大,近20年來封裝尺寸不斷縮小化,如今最小的已經(jīng)可以做到1.0*0.8mm,只是還沒有大面積生產(chǎn)供應(yīng),但兆赫茲的1.6*1.2mm和千赫茲的1.6*1.0mm已經(jīng)面世,并早已被廣泛應(yīng)用到各種小型穩(wěn)定設(shè)備里,相信未來會有更驚艷的貼片晶體技術(shù)和產(chǎn)品造福用戶.