1． 前言

　　在石英谐振器的正中间检测中，必须精确测量并联谐振頻率、并联谐振电阻器、负荷串联谐振、负荷串联谐振电阻器、静电容、动电容器、频率牵引敏感度和DLD等主要参数。在其中，静电容C0关键由石英谐振器两边所镀金膜决策，表现了石英谐振器的静态数据特点，与石英谐振器的并联谐振頻率和负荷串联谐振等运用指标值息息相关。

现阶段，IEC（国际标准化组织）所建议的石英谐振器精确测量的规范办法是π互联网零相位差法。在该办法中，未要求精确测量静电容的规范方式 。若选用串联谐振法、沟通交流电桥法等常见方式 来精确测量静电容，会提升全部检测系统的多元性，而且对串联谐振的精确测量造成不良危害。本问题明确提出了一种根据π互联网零相位差法的精确测量石英谐振器静电容的新方式，并由此制作了试验检测系统。

　　2．精确测量机理与电源电路

　　2．1石英谐振器的等效电路电主要参数实体模型

　　石英谐振器的等效电路电主要参数实体模型如图所示1所显示：

　　在其中，C0是石英谐振器两金属电极间的电容器，称之为石英谐振器的静电容，C1称之为石英谐振器的动电容器，L1称之为石英谐振器的动电感器，R1表明石英谐振器在震动时的耗损，称之为并联谐振电阻器。当鼓励数据信号的次数相当于石英谐振器的串联谐振时，其等效电路电主要参数实体模型为纯电阻。因为C1、L1的值十分小，当鼓励数据信号的頻率避开石英谐振器的串联谐振时，R1、C1、L1的危害能够忽略，这时，石英谐振器等效电路成一个数值C0的电容器。

　　2．2 π网络法基本原理

　　IEC所建议的π互联网如图所示2所显示：

　　互联网的特性阻抗与检测仪器仪表的特性阻抗相符合，并衰减系数来源于测试设备的反射面数据信号。M为被测石英谐振器。Va是键入鼓励数据信号，Vb是π互联网輸出数据信号，他们全是矢量素材工作电压数据信号。当石英谐振器处在串联谐振状况时，其主要表现为纯电阻特点，这时Va与Vb中间相位角为零，Va的頻率即是石英谐振器的并联谐振頻率。因此 ，根据更改Va的次数并检验Va与Vb中间相位角能够寻找石英谐振器的串联谐振。针对π互联网中石英谐振器的静电容怎样精确测量，IEC并没有强烈推荐规范方式 。pπ互联网由对称性的双π型电阻器控制回路构成，R1、R2和R3组成键入光衰减器，R4、R5和R6组成輸出光衰减器，他们的效果是使

　　2．3 常见测电容器的方式

　　常见的精确测量电容器方式 具体有串联谐振法、沟通交流电桥法和蓄电池充电法。串联谐振法是将电容器引进谐振电路中，促使震荡頻率变成 电容器的涵数，根据精确测量该頻率值来测算电容器值。沟通交流电桥法将电容器连接交流电流桥中，调节电桥电路中的可变电阻和可调式电容器促使电桥平衡，依据均衡时电桥电路各臂的阻值和电容器值测算被测电容器值。蓄电池充电法应用沟通交流信号源对电容器电池充电，随后将电容器连接充放电电源电路中，根据精确测量电容器的充放电時间来测算电容器值。因为π网络法是根据精确测量π互联网两边的矢量素材工作电压来获得石英谐振器电变量值，与以上三种方式 并不一致，因此要是使用这三种方式 精确测量石英谐振器的静电容都必须提升另外的检测电源电路，而且会为此提升π互联网电源电路的杂散项，对精确测量石英谐振器的串联谐振造成不良危害。

　　2．4 根据π互联网的静电容测量法

　　运用DDS（立即数据頻率生成）信号源做为鼓励源，其輸出沟通交流数据信号頻率避开石英谐振器串联谐振，该数据信号鼓励连有被测石英谐振器的π互联网。这时，石英谐振器等效于一个数值C0的电容器。π互联网的输出电压与该电容器存有一定的函数关系，因为键入电流和π互联网的主要参数已经知道，精确测量输出电压并依据这一函数关系，能够测算出C0值。这类办法与测石英谐振器串联谐振的办法很类似，都必须运用DDS輸出数据信号做为鼓励数据信号并检验π互联网輸出的矢量素材工作电压。二者差别取决于精确测量串联谐振规定检验键入电流和输出电压中间相位角，而精确测量静电容则规定精确测量键入电流和输出电压的幅度值。因而，对这两个矢量素材工作电压数据信号选用幅相检验的方式能够使精确测量石英谐振器的串联谐振和静电容统一起來。

　　基本原理方框图如图所示3所显示：

　　在其中，DDS輸出双路幅度值、頻率和相位差均一样的数据信号。一路鼓励π互联网，另一路键入幅相检验控制模块。本问题规定石英谐振器串联谐振的精度等级为0～200MHz。在这里一范畴内选择30MHz和68MHz2个頻率点做为鼓励数据信号的设置頻率。具体做法是，当石英谐振器的串联谐振在30MHz周边时，设置DDS輸出数据信号頻率为68MHz，相反，则设成30MHz。鼓励数据信号历经π互联网后输出电压如式

　　3． 检测控制系统设计

　　3.1 检测系统软件硬件开发

　　检测系统软件硬件配置框架图如图4所显示：

　　检测系统软件硬件配置由电子计算机、CPLD集成ic、DDS信号源、π互联网、幅相检验组件和A/D转化器构成。在其中， CPLD、DDS、幅相检验组件和A/D转化器集成化在一块PCI拓展板上。做为操纵主要的电脑根据PCI插口传出的具体位置和信号由CPLD集成ic转换成为对应的操控逻辑性操纵DDS、幅相检验组件和A/D转化器工作中。DDS信号源传出设置頻率、相位差和幅度值的数据信号鼓励π互联网。π互联网上含有电源插座，可插进结晶或电阻器、电容器等电子器件。π互联网輸出的矢量素材工作电压数据信号Vb连接幅相检验控制模块。幅相检验组件的輸出交流电压键入A/D转化器，变换为模拟信号后经CPLD键入电子计算机。

　　3.2 检测系统设计方案

　　测试工具选用Visual C＋＋语言表达撰写，完成人机交互技术页面、精确测量操纵和数据分析的作用。精确测量操纵包含对DDS各安全通道頻率、相位差和力度操纵字的设定，及其对A/D转化器內部指令寄存器的载入和转化結果的载入。数据处理方法一部分主要是对已变换为数据量的幅相检验组件的輸出交流电压开展测算，由上述情况关联得到静电容的值。因为在实际上精确测量标准下， 该交流电压与Vb中间并没有严谨的多数线性相关，因此必须对这一函数关系开展线性拟合，依据线性拟合后的关联，可由交流电压值测算出Vb，随后依照前边所列方程，获得静电容C0的值。

　　4． 试验信息与解决

　　以S&A企业的250B做为规范仪器设备，将选用本计划方案所测量的C0值与250B的测定結果开展核对，检测测量精度是不是达到工业化生产规定。在工业制造中，规定石英谐振器静电容的精度等级为1～10pF，数据误差低于0.1pF。试验数据信息如表1所显示：

　　5．结果

　　在π互联网零相位差法的根基上，选用了“DDS鼓励、π互联网回应、幅相检验测算容抗”的办法精确测量石英谐振器的静电容，并从而制作了试验检测系统来完成该计划方案。该方式 把精确测量石英谐振器的静电容和串联谐振统一起來，简单化了精确测量电源电路。根据具体精确测量一批结晶和小电容器，证实在1～10pF范畴内数据误差低于0.1pF,能符合现实规定，能够在这个基础上开发设计真实的石英谐振器正中间检测系统软件。

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