SMD表面贴装晶体单元是目前石英水晶市场上,最常用的一种封装,常规的尺寸从大到小有7050mm,5032mm,3225mm,2520mm,2016mm和1612mm等,在业界里晶体通常是泛指无源的石英晶体谐振器.由于性价比高且应用范围广泛,每年用量至少有几十亿颗,基本上每个领域的产品都会用到贴片晶振.虽然是批量生产的,但厂家在出货前都会进行一系列的检查和测量,并且都是根据国际与业内的高标准,今天金洛鑫电子,就为大家细细讲解下,贴片晶体测量的工具及其通用标准规格.

本标准采用IEC60444-4和IEC60444-5中规定的零相位测量方法,基于IEC61837(QIAJ-B-001)中所示的表面贴装SMD晶体单元(带温度传感器的晶体单元)该测量工具可确保精确测量串联谐振频率,串联谐振电阻和电气等效电路常数.

该标准描述了两种测量工具.

a)使用IEC60444-1中描述的电气等效电路测量工具,用于高达500MHz的传输模式下的测量.根据IEC60444-4,在负载电容测量负载谐振参数高达30MHz的条件下包括测量工具.对于负载电容(CL),适用范围为5pF或更大,并且稍后将描述测量仪器和负载电容(CL)适配器板的校准.b)基于适用于高达1200MHz频率范围的反射方法的测量工具.无需添加物理负载容量.负载共振参数可以根据IEC60444-11测量.

引用标准

以下标准构成本标准引用标准的一部分.对于这些引用的标准,如果有年份的描述,则仅应用版本,如果没有年份的描述,则应用最新版本.IEC60444-5:1995,石英晶体单元参数的测量-第5部分:使用自动网络分析仪技术和误差校正确定等效电参数的方法QIAJ-B-013:2019,容量校准方法.

规范测量合同

测量晶体谐振器和测量工具的串联谐振频率,串联谐振电阻,电气等效电路常数等的方法取决于制造商和客户之间的协议.当需要确定无引线晶体单元的负载谐振参数时,需要特别考虑.

无铅表面贴装晶体单元

晶体单元的外形尺寸:对于表面贴装型(SMD)时钟晶体单元,IEC61240中规定的外部尺寸或符合它的SMD外部结构(QIAJ-B-001等).

泛音和频率范围

在增加负载电容的情况下,待测晶体单元的频率范围应在1MHz至30MHz的范围内,在没有负载电容的情况下,在1MHz至500MHz的范围内.此外,它可以应用于基波和谐波晶体谐振器.反射测量工具的频率范围应高达1,200MHz.

测量方法和测量工具

测量方法:基本测量方法基于IEC60444-5.IEC60122-1中显示了晶体单元等效电路的模型.在几百MHz或更高的高频范围内,需要高质量和高精度的谐振器单元.对于金属盖SMD封装,接地和不接地之间的负载谐振参数测量可能存在差异.当晶体单元接地时,工作频率可能取决于电路中晶体单元的方向.因此,在根据IEC60444-5将振荡器的工作频率与负载谐振的测量值相关联时,建议使用晶体单元的方向标记(例如焊盘1).传输测试夹具的规格测量工具的等效电路和电气值基于IEC60444-1标准.谐振器的结构和尺寸是SMD型晶体谐振器.测量工具的配置如图2和3所示.

图1无负载容量的测量工具等效电路(CL)(频率范围:1MHz500MHz)

图2负载能力测量工具的等效电路(频率范围:1MHz30MHz)

图3示出了测量工具的三维结构图,图4示出了尺寸的轮廓.测量工具需要向待测量的晶体谐振器的上表面施加1.96N的压力,以确保通过表面安装晶体谐振器的端电极与测量端子之间的接触进行连接.此外,测量工具设计用于保持测量精度并便于测量工作,但测量端子处的接触故障仍然导致晶振的电等效电路常数的测量误差,需要确认和关注.

图3测量工具的三维视图

图4测量工具的尺寸图

图5测量工具的结构

使用反射方法的测量(反射测试夹具的规格)图6显示了可以测量1MHz至1,200MHz频率的反射测量工具的结构[2].这是IEC60444-5中所示的1端口反射计的SMD版本.

图6反射测量工具的设计

测量工具通过高质量的同轴电缆连接到网络分析仪的S11端口,该电缆在测量工具侧配备有APC3.5精密同轴连接器.如果频率很高,建议使用半刚性或刚性同轴电缆.被测器件(DUT)固定在测量适配器上.

如图7所示.用于固定DUT的导板必须根据DUT的IN-OUT端子进行设计.

图7反射测量工具的结构

连接销插入DUT侧的同轴连接器的中心导体.插入时必须小心,以避免因过大的力量而变形.保持夹用螺钉固定在基座上.根据机器的状况调节螺钉的拧紧程度.过紧夹具会损坏同轴连接器或DUT.调整M5螺钉,使其不会进入测量单元太远.

测量设备

该设备包括矢量网络分析仪,包括反射特性测量仪和S参数测量仪,以及测试夹具.矢量网络分析仪具有基于测量值的数值计算处理的内部误差校准.它具有正功能,可以有效去除测量仪器和连接的测试夹具引起的误差因素.测试夹具用于单端口,因此可以测量反射特性.反射特征测量仪器通过校准三个误差参数来确定连接到端口的待测物体的反射特性.

测量工具的校准

测量需要三种类型的标准阻抗,例如短元件(0),开放元件(=开路),以及用作校准标准的25或50元件标准电阻.在1MHz至500MHz的Quartz Crystal频率范围内规定了25或50个标准电阻的精度.如果在低于150MHz的低频率下频率小于50±5％且相位误差在0.2°以内,则满足要求.当确定测量工具的测量端子之间存在杂散电容问题时,需要开路校准.如果频率很高,请用等效电路描述校准元件(详见IEC60444-5,附录A).

负载能力(CL)适配器板的校准

负载能力(CL)适配器板的校准方法基于IEC60444-4,使用电容计.测量在1MHz下进行,公差必须小于±0.02pF.校准方法的细节在QIAJ-B-0013负载校准适配器电容校准方法中规定,用于无铅晶体谐振器.

反射测量系统的校准

在将测量工具连接到同轴电缆之前,测量系统使用三种不同的元件进行校准.使用精确的APC3.5校准设备(开放元件,短元件,50Ω元件),其特性在测量频带中得到保证.如果将电缆连接到测量工具并且在不插入晶体谐振器的情况下执行测量,则发生相位误差.为了补偿该相位误差,增加了电长度(电长度).

图8显示了测量工具结构的细节.

图8反射测量工具校准技术

通过以上的介绍和讲解,可以发现用于无源贴片谐振器测量的工具和标准,是比较严格仔细的,才能保证品质和性能.SMD型的石英晶体用量非常巨大,近20年来封装尺寸不断缩小化,如今最小的已经可以做到1.0*0.8mm,只是还没有大面积生产供应,但兆赫兹的1.6*1.2mm和千赫兹的1.6*1.0mm已经面世,并早已被广泛应用到各种小型稳定设备里,相信未来会有更惊艳的贴片晶体技术和产品造福用户.