SJ Z 9154.2-1987 用π型网络零相位法测量石英晶体元件参数 第二部分：测量石英晶体元件动态电容的相位偏置法.pdf

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1、中华人民共和国电子工业推荐性部标准用型网络石英晶相位法数SJjZ 9154.2 87 IEC 444 2 (1980) .JC 二部分测量石英品一法.JC Measurement of quartz crystal unit parameters by. zero phase technique in a-network Part 2 : Phase offset method for measurement of motional capacitance of quartz crystal units 言一1范本标准描述一个测量1.125MHz石英晶体元件动态电容的方法，其总测量误差约为5%

2、本方法的优点是它仅利用SJ!Z9154 87(IEC 444)标准中描述的测量电路，而不另加部件或仪器，后者可能;二误学归来源。2 本方法基于在谐振频率及其附近的相位测量。动态电容图l中的01)率、阻抗曲线两侧相位差的大小相等而符号桶反的两个频率以及谐振电阻计算得到的.率和谐振电阻按照SJjZ9154 (IEC 444)标准的咱t岛J814、L, C。.,?, 团1石英晶体元仲的手效电路中子1188-01-86 1 SJjZ 9154.2-87 一一一s 电路基本上由用同轴线与有美设设备如下z率合肌带F袁功率分配器，相位计，500 型网络和有关视j试设备应该满足SJ/Z9154 (IEC标准4

3、44)中第5条的全部要求。的型网络所组成O图2)。有关的测试rp 30dB 500 500 率合成何理阳络圈2测量电路注:采用某些相位计和电压表时，在A道可能需用30dB的衰减楼4 4.1 按照SJ/Z9154.1 (lEC 444 1)标准的6.1条进行初始校准。4.2 按照SJ/Z9154.1 (IEC 444 1)标准的6.2条测量被测晶体元件的谐振损率fr和谐电阻Rro4.3 调整频率合成器到低于谐振频率fr的频率flJ再调整到高于fr的频率f1。在频率f，;f口f2时，它们相对于fr的相移大小相等而符号相反(见图3) 4.4 利用fr，f 1J 11和乱的测量值，由公式(1)和公式(

4、2)计算动态电容z-一一phf -nm my-d十川-RQ以MMq晶，4= -f CR (1) 2 SJjZ 9154.2 87 当相角=士45。时，计算矶的公式是01= . 。ttdJar ?一盯.hi虱-需-2 (2) 斗伊2-一-1-llll !王|ffJ f、1,. 伊去:0-qJ句:一一一-一-围3局英晶体元件在谐振频率附近的相f之阻抗特性5. 测量误差有几个来协主要误差来源是谐振电阻Rr的801 R8r 刀1/Rr = -Br+豆5Q。动态电容值的相对误差是(3) 对于M注20(M= Q jr，俨=OojC1)IV情况，误差大小与谐振电阻测量值及电阻测量相对误差的函数关系如图4中的

5、曲线所示。在相位偏蛊绝对匾相等的频率f1和f时，相位测量的误差在这两个误差的符号相反时最大。该误差是z-cot(Afp) - cotcp cotq口(.() 考虑到误差符号， 率fl和f2时相位误差的代数平均值.当等于45时，误宠, 为801 01 Jh1 + rp) (OJ s SJjZ 1154.2 . 87 t5C章，)乓叼10 Rr =10% 4 Rr 平主斗F / Rr =5% -+ J Rr ，占/ 9 s 7 6 5 4 3 2 10 20 30 40 50 6 。.Rr 0) 圈4不同误差条件丁01的偏差与Rr的函数关系图5示出了三个不同相角值时动态电容测量的相对误差。不同相位

6、偏置时并电容O.造成的误差由下式给出并示于图6:风1(6) 2 1-JT+主-tanll+ ./, _ 4 _ _4 t . M -_4 t句( - M 2 -Mi:ln -。e 其官测量穷法SJ/可以采用其它测量方法，例如SJjZ9157一87(IEC302)标准所规定的负载电容法JjZ 9157 87(IEC 302)标准规定的方法也可与SJ/Z9154 87(IEC 444)标准规定的零相位法一起使用，但要特别注意型网络的结掏和电容插入该网络的方法。在较高频率时尤其应该注意这些问题。如有怀疑，应该采用本标准规定的相位偏置法作为基准方法。4 C, C. ) 1 Yo 25 20 15 10

7、 5 C J c, % 。- ._ 工平一10半叫;-:W L + 一切+= 1 10 工SJjZ 9154.2 87 p盟50tp目15rp = 45Q 2 3 4 因50 I的偏差与相角测量误差及不同相角的函数关系20耐30 T I 丰=斗 斗半-之t斗问Lf-. 1云Y5 伊，十Pa0 40 p 吁. M=2S 1 11 s 6豆飞s 固6并电容。对0，测量准确皮与实测相角的关系曲线的影响5 SJjZ 9154.2 87 A 石英晶体元件可用图1中的等效电路描写见SJjZ9157 87(IEC 302)第1.1条)0在率附近，可以忽略并电容。的影响。注:更精密的测量应该考虑向。通过研究优

8、值M=Q/r(见IEC标淮302)可以评估Co的影响。图6示出了相置，优值以及测量仇的预期百分误差之间的关系。阻抗方程是 I Z I剖回8，+j(L1 -_括一)=z R，叫他-;51一一) I Z 1 cos+ j IZlsin , (A.)两侧的实部和虚部分别相吁，R1坦IZIcos (Al) (A2) E L， -为了=I Z I sin 将频率ff，和fr(见图3)代入方程(A3)，得出下列公式E(6) f= f f， frJ 9000的情况RIZ|22|COS伊27tIL，-万括了=1玄1sinp (c) f= IrJ= 8 , = I玄|式中Ir:王三180.由方程(A3), . (A4) , (A5)和(A6)可得到方程z2nf,L ,-1 2110， = R1tan1 27t!2Ll-1 21，.0 , = 8，tanq日z式中CPl=CP20过解方程(A7)，动态电容矶的 。11, -/1 1 = =2-n在雨百-7歹7(A4) (A5) (A6) (A7) (A8) 6 Sljr. 8154 . 2 87 式中R1= Rr . 当晶体元件用，且负载电阻为250时，C1卢=苟茹dj5削Q阔取近似zfdzr2 于是过1fd2 。1些坠21t(Rr + 250) E SEL -zr zI (A9) 7