晶振测试介绍和意义
石英晶体振荡器(以下简称晶振)是利用石英晶体压电效应而制成的器件,它的作用是输出高精度和高稳定度的脉冲信号,为整个电路提供时序基准。我们知道,现在电路中有越来越多的时序电路,它们之间的协同运行必须要有一个时间基准,才能统一一致的行动,就像电视剧里特种行动小队在出发前都要对下表一样,晶振在系统中起的作用就如同队长的手表,它如果稳定性或准确性不好的话,那整个系统就会错误频出,故障率很高。又把晶振称为单板的“心脏”。
石英晶体振荡器是由品质因数Q极高的石英晶体谐振器和振荡电路组成。晶体的品质因数、切割取向、晶体振子的结构及电路形式等,共同决定振荡器的性能。国际电工委员会(IEC)将石英晶体振荡器分为4类:普通晶体振荡(SPXO),电压控制式晶体振荡(VCXO),温度补偿式晶体振荡(TCXO),恒温控制式晶体振荡(OCXO)。目前发展中的还有数字补偿式晶体振荡(DCXO)以及混合式的VOCXO振荡等。
因为石英晶体的Q值很高,晶振输出的稳定性和准确性都很高,但由于晶振内部元器件参数随着运行时间发生飘逸,电源、负载和温度等参数变化等原因,其输出并不是恒定不变的。任何晶振,频率不稳定是的,只是程度不同而已。一个晶振的输出频率随时间变化的曲线如下图所示。下图中表现出频率不稳定的三种因素:老化、飘移和短稳。其中短稳性能会影响到接收机的接收灵敏度和选择性、会影响高速率数字通信系统、会影响测试系统测试灵敏度等等,对高速信号的质量起着决定性的作用。短稳指标的时频表现就是人们常说的眼图。老化和飘移是对晶振长期稳定指标的描述,它表征晶振运行一段时间(经常是日、月、年等)后,输出频率的变化程度。
综上,晶振的频率测试,需要长时间的测量并记录,测试过程中又经常需要更换温度、电压、负载等条件,如果纯手工操作,需要大量的人力,成本极高,不具备可操作性。北测集团为此需求专门开发了全套的自动化测试系统。本系统使用铷钟做为基准,提升整套系统的测试度,使用软件控制可编程电源、频率计和温箱,可实现在满足条件后自动记录数据,以及多路输出控制并记录,大大节省了人力成本。北测集团还有40G/s的高采样率的示波器,可以把晶振的输出波形准确的还原并测量,大限度的减少测量误差。
测试对象
晶振在电子产品PCBA上几乎无处不存,常见的有:时钟晶振、实时晶振、声卡晶振、网卡晶振等。