H-9200B

石英晶体谐振器基本原理

石英晶体振荡器简称晶振， 是将石英晶体和内置的芯片电路组装在一起构成振荡电路，石英晶体振荡器属于有源器件，需要施加 Vcc 供电电压才能工作，根据负载类型不同，其波形输出有方波、正弦波等。晶体振荡器可以分普通振荡器(Oscillator),压控振荡器(VCXO),温补晶振(TCXO),恒温晶振（OCXO）等，负载类型主要为 CMOS，TTL，HCMOS，PECL，LVDS 等等。典型的 CMOS 石英晶振振荡电路见下图：

采用一个 CMOS 反相器来做放大器，R1 为反馈电阻，使反相器在振荡初始时处于线性工作区。石英晶体与两个电容构成 PI 网络形式的带通滤波器，在谐振频率上提供 180°移相所需的增益。

晶体的主要参数介绍如下

Fr：晶振在固定 Vcc 和 Vco 电压下的输出频率；

I：晶体振荡器的工作电流，单位一般为 mA；

Tr：输出波形的上升时间，一般选取波形幅度的 10%到 90%之间上升沿的时间段； Tf： 输出波形的下降时间，一般选取波形幅度的 90%到 10%之间下降沿的时间段； DC： 输出波形的占空比；

VH：逻辑高电平

VL：逻辑低电平

F@V：在特性 Vcc 及 Vco 电压下的晶振输出频率；

High Pul：VCXO 晶振在最大 Vco（压控电压）下的频率； Low pull：VCXO 晶振在最小 Vco (压控电压) 下的频率；

石英晶体振荡器，因为其内部的晶体谐振器晶片的谐振频率在温度发生变化时，其谐振频率保持稳定。石英晶体谐振器的温度特性与晶片的切角有关系。对于 AT 切的石英晶体谐振器，其组成的晶体振荡频率随温度的变化△f 和温度 T 页是一个 3 次函数关系。 晶体振荡器的频率和温度关系符合同样的函数关系。

石英晶体谐振器测量原理

石英晶体振荡器的测试需要 Vcc 直流电源给晶体振荡器供电，同时还需要一路 Vco 电源接到晶体谐振器压控（或使能）端子，对于某些晶体振荡器，通过 Vco 通电或断电来控制振荡器的频率输出。而对于压控振荡器（VCXO），Vco 管脚电压改变，VCXO 的输出频率也随着改变。测量晶振时，晶体振荡器的输出端必须接相应的负载，波形参数的测量也必须在晶体振荡器带负载的状态下进行。晶体振荡器典型的测试电路如下图：

上图的负载类型是 CMOS 15pF，晶体振荡器的输出端子接 15pF 负载，其信号输出分成两路，一路去频率计数器测量频率，另外一路连接到示波器测量波形参数。

典型的 CMOS 输出波形及定义见下图：

图中的 Tr 即输出波形的上升时间，Tf 是波形的下降时间，VOH 是高电平，VOL 是低电平，Period是波形的周期，On Time/Period 的比值是波形在 50%幅度时的占空比。

系统构成及功能

H-9200B 晶体振荡器器高低温测试系统主要有精密高低温箱、程控电源、频率计、示波器、数字万用表、专用测试头、温测盘及控制软件功构成。

精密高低温箱提供全温度范围-55℃~125℃的温度环境，待测产品摆放到温测盘上，放入到精密温箱内部；两个程控那个电源，一路给产品提供 Vcc 电压，另外一个提供 Vco 电压给待测晶振；数字万用表用来测量晶体振荡器的工作电流；频率计用来测量晶振的输出频率；示波器用来测量 Tr、Tf 等波形参数；控制软件用来建立测试文档，控制温箱的升温/降温以及各个测量仪器进行测量，并进行数据处理和绘制晶振的频率/温度拟合曲线。

技术指标

● 频率测量范围：10KHz-650MHz;

● 频率精度：+/-1ppm (典型值);

● 电流分辨率：+/-0.5mA

● 测量通道：双通道;

● 晶振种类：可测量晶体振荡器，VCXO,TCXO 等;

● 负载类型：CMOS,TTL,PECL,LVDS,HCSL,ECL 等;

● 测量参数：Fr. I, Tr, Tf, DC, VH,VL, T, Linearity, F@V, Vpp 等等

● 测试能力：每次可以放置 4 个测试盘，最多可以测量 512 颗标准 SMD 晶振

● 温测盘：对于标准封装DIP 全尺寸半尺寸晶振， 50 颗/盘；对于标准 SMD 封装的晶体，128 颗/盘;

● 温测盘类型：可选 DIP50,7.0x.5.0, 5.0x3.2, 3.2x2.5,2.5x2.0,TXO500,QT88 等等

● 软件控制：基于 Windows 操作系统，升温/降温/测量全自动完成;

● 测量结果：测量结果可以打印输出，并能自动绘制晶体的频率/温度拟合曲线;

● 温度范围：-55℃ ~ 125℃;

● 温度稳定度：+/-0.1℃;

● 温度分辨率：+/-0.01℃;

● 制冷方式：双级压缩机制冷;

● 温度传感器：双传感器测量，一个测量工作温度，一个用于过温保护;

● 监控功能：温箱能测量、监控两台压缩机的工作电流，并将电流值实时显示在温箱显示屏上，具有过流自动保护功能;

● 保护功能：温箱能实时测量监控两台压缩机的管路温度，并将温度值实时显示在温箱显示屏上,具有过温自动保护功能;