标签: 晶振测试

在谐振器(无源晶振)S&A250B测试软件中，DLD1到DLD7主要用于分析晶体在 不同驱动功率下的阻抗变化 。此外，还有其他DLD参数用于 反映晶振的磁滞现象，以及其频率和功率特性 。这些参数可以帮助工程师全面了解KOAN晶振在不同功率条件下的动态特性，从而优化其应用和性能。 磁滞现象 晶振的磁滞现象(Hysteresis)是指在驱动功率变化时，晶体的阻抗或频率无法立即恢复至初始状态，而表现出 滞后效应 。 1. DLDH： Hysteresis Ratio (MaxR/MinR) 在不同驱动功率下，晶体的最大阻抗与最小阻抗的比值。比值越大，说明阻抗变化幅度越大，晶振在功率变化中的非线性程度更高。DLDH用于量化功率变化过程中磁滞现象的相对程度。 2. DLDH2： Hysteresis Difference (MaxR - MinR) 在不同驱动功率下，晶体最大阻抗和最小阻抗的绝对差值。直观反映阻抗变化的幅度。DLDH2帮助分析晶振的功率响应范围和非线性行为。 3. DLDH2P： Power Level of Max Hysteresis (MaxR - MinR) 晶振在磁滞扫描中，最大阻抗与最小阻抗差值达到最大值时的驱动功率。确定晶振在特定功率范围内的性能瓶颈或非线性峰值。DLDH2P帮助优化驱动的条件，避免晶振工作在影响性能的功率范围内。 阻抗变化分析 阻抗变化是晶振性能的关键指标，直接关系到其与电路的匹配程度及振荡的稳定性。 1. DLDHP： Power of Worst Impedance Ratio (Rmax/Rmin) 最大阻抗与最小阻抗的比值达到最差值时的驱动功率。表征晶振在极端条件下的阻抗变化。DLDHP用于评估晶振在最恶劣功率条件下的可靠性和稳定性。 频率与功率特性 频率和功率参数用于评估激励功率对晶振性能的具体影响，并对测试设备和设计进行校准。 1. DLDF： Frequency at a Specific DLD Step 在特定驱动功率下，晶体的振荡频率。反映驱动功率对振荡频率的微小影响，检测频率稳定性。DLDF用于分析KOAN晶振是否满足高精度应用的要求。 2. DLDFP： Power Output at a Specific DLD Step 某一特定功率点的实际功率输出。检测是否存在功率耗散或驱动功率偏差。校准测试设备，确保测试条件的准确性和一致性。 3. DLDR： Resistance at a Specific DLD Step 特定功率下的晶振等效阻抗。评估激励功率对阻抗的影响，观察阻抗随功率变化的趋势。改善电路与晶振的阻抗匹配，确保振荡器稳定起振。

理想情况下，晶振应在基频或泛音模式下稳定工作。而在实际应用中，寄生振荡(Spur)可能会干扰主频信号导致主频发生偏移，有以下几点影响： 1. 频率不稳定：主频信号受到干扰后，频率漂移 2. 信号失真：输出波形失真并出现多频成分 3. 设备性能下降：导致电子系统无法正常运行或发生误操作 4. 降低信噪比：寄生振荡会引入额外噪声，从而影响信号质量。 寄生振荡的产生可能由以下因素引起：晶片杂质降低了晶振的Q值，影响频率的稳定性；外部电磁干扰或其他设备产生的辐射会影响晶振的正常运行，导致信号失真；此外，电路中的热噪声或其他信号杂质也可能激发低幅值的寄生频率，对系统性能造成干扰。 S&A250B可以精准的分析频率的稳定性。寄生频率的测试参数如下： 1. SPFL: 负载寄生振荡频率(Load Frequency of Spur)在特定负载条件下测的寄生频率。用于评估晶振在负载环境中的稳定性。 2. SPFR: 串联谐振寄生振荡频率(Frequency of Spur)测量晶振在串联谐振模式下可能出现的寄生频率。还能计算主频与寄生频率之间的差值，帮助发现频率干扰问题。 3. SPRL: 最大负载谐振寄生振荡阻抗(Max Spur Resistance at Load Frequency)表示在负载频率下测量到的最大寄生振荡阻抗。更高的阻抗意味着晶振在该频率下更为稳定。 4. SPRR (SpurR/RR):寄生振荡阻抗与主振荡阻抗之间的比值。比值越小，主频信号受寄生干扰的风险越小。 5. SPUR (Min SpurR):测量在特定频率范围内的最小寄生振荡阻抗，帮助检测晶振设计中的潜在问题。

在谐振器S&A250B测试软件中，DLD参数不仅限于DLD2，还包括DLD1至DLD7。这类测试参数都用于分析晶体在不同激励功率下的阻抗变化。今天KOAN凯擎小妹将详细介绍DLD1至DLD7的定义、特点及其应用： DLD1: MaxR/RR DLD1是最大阻抗与谐振阻抗的比值。主要用于评估晶体在不同功率条件下的稳定性，特别适合高功率应用场景，如射频电路。它有助于判断晶体在功率波动情况下的表现。 DLD2: MaxR - MinR DLD2是最大谐振电阻和最小谐振电阻之间的差值。DLD2是KOAN晶振测试中参数之一，反映不同驱动功率或电流下晶振电阻的变化程度。DLD2值越小，晶体的稳定性和可靠性越好。 DLD3: FirstR - LastR DLD3是第一个设定功率和最后一个设定功率下的阻抗差值，用于分析晶体在整个功率扫描过程中的变化情况。它适用于功率逐级调节或扫描的应用场景。 DLD4: MaxR/RR DLD4与DLD1类似，但其谐振阻抗是在正常工作功率下测得的，用于评估晶体在高功率条件下的稳定性，常用于晶体的可靠性测试。 DLD5: FirstR/LastR DLD5是起始阻抗与最终阻抗的比值，反映晶体在功率变化过程中的稳定性，适用于长时间运行或频繁功率变化的应用场景。 DLD6: MaxR/MinR DLD6是最大阻抗与最小阻抗的比值，用于评估晶体在不同激励功率条件下的极端变化情况，特别适合在苛刻条件下测试晶体的稳定性。 DLD7: ((MaxR - MinR) / MaxR) * 100 DLD7是阻抗差值 (即DLD2) 相对于最大阻抗的百分比。用于比较不同晶体或测试条件下的阻抗变化幅度，常用于高精度定时器和频率控制设备。

晶体振荡器的测试设备S&A280B主要用于测量晶振的频率、等效电阻和谐振频率等关键参数评估晶振的性能和可靠性。在S&A280B中的测试参数设置中，有12个与信号抖动相关的参数，用于评估不同条件下的信号抖动特性。KOAN晶振凯擎小妹详细介绍一下这12个参数： 英文全称 参数 参数@电压 Jitter Cycle-to-CyclePeak-to-Peak JCCPP JCCPP@V Jitter Cycle-to-CycleRMS JCCRMS JCCRMS@V Jitter PeriodPeak-to-Peak JPPP JPPP@V Jitter Period RMS JPRMS JPRMS@V Jitter Total Peak-to-Peak JTRPP JTRPP@V Jitter Total RMS JTRRMS JTRRMS@V 1. JCCPP(@V): JCCPP指周期抖动的峰峰值，即两个连续周期之间的最大抖动范围，测量方式为计算最大与最小抖动值之差。 JCCPP@V表示在指定电压(如Vcc/Vco/启动电压)下测得的该值。 2. JCCRMS(@V): JCCRMS是周期抖动的均方根值，即周期抖动的标准偏差，通过计算连续周期之间的抖动均方根值得出。 JCCRMS@V代表在指定电压下的该均方根值。 3. JPPP(@V): JPPP表示整体抖动的峰峰值，通过测量整个信号的最大和最小抖动值之差来确定。 JPPP@V 则是在指定电压下的整体抖动峰峰值。 4. JPRMS(@V): JPRMS是整体抖动的均方根值，通过计算整个信号的抖动均方根值得出。 JPRMS@V 代表在指定电压下的整体抖动均方根值。 5. JTRPP(@V): JTRPP为总抖动的峰峰值，包括周期性和随机抖动，测量方法同样为计算信号中最大和最小抖动值之差。 JTRPP@V 表示在特定电压下的总抖动峰峰值。 6. JTRRMS(@V): JTRRMS是总抖动的均方根值，包含所有类型抖动，通过计算信号中的均方根抖动值得出。 JTRRMS@V 表示在指定电压下的总抖动均方根值。

石英晶体作为时间或频率基准源，其性能直接影响系统的稳定性和精度。了解串联谐振频率FR和负载谐振频率FL这两个关键参数，可以有效改善电路设计，确保系统在各种条件下稳定运行。 串联谐振频率 FR FR(Series Resonant Frequency)是指晶振在没有外部负载电容的情况下，由晶体本身的机械和电气特性决定的自然振荡频率。 等效电感L1: 由石英的机械质量决定的。 等效电容C1: 由石英的硬度，电极面积，晶片的厚度和形状决定的。通常，较大的晶片，通常有较低的谐振频率。 在FR时，晶振的等效电路表现为一个纯电阻，这时电路的阻抗最低，能量传输效率最高。它是晶体的固有频率，不受外部电路的负载电容影响。这个频率是晶体本身的特征，由晶体的几何结构，和材料性质决定。 负载谐振频率 FL FL(Load Resonant Frequency)是晶振在25℃和特定负载电容条件下测出来的实际工作频率。FL也被称为调整频率或调整频差。 FL的值通常比FR大，因为负载电容引入了相移和改变了电路的共振条件。通常用ppm来表示负载电容对晶振频率的变化。FL误差值越小，越容易调整电路稳定性。 TS频率灵敏度表示晶振频率随着负载电容变化而产生的变化量，单位为ppm/pF。调整频差FL和负载电容CL的关系： 测试数据 S&A250B晶振测试设备中包含FL和FR参数的测试。以下为KOAN无源晶振KX70, 8MHz频率的实测数据: FR为-152.16ppm： 晶振的串联谐振频率FR比其标称频率低152.16ppm。这是晶振在无负载电容的情况下的频率偏差。这种偏差可能是由于晶振的制造误差、材料特性或温度变化引起的。 FL为1.05ppm： 在特定负载电容条件下，koan晶振的频率相对于标称频率的偏差为1.05ppm。在负载电容的影响下，晶振的频率变化非常小，频率稳定性较好。 测试结果表明： 尽管晶振的FR存在较大的偏差，但在负载条件下的FL稳定性良好。该晶振在实际工作条件下的性能较为稳定。尽量确保负载电容与晶振的设计负载电容匹配，以维持最佳性能。