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本论文分析了石英晶体负载谐振状态下的电参数模型,研究了π网络零相位法在石英晶体负载谐振电阻测试技术中的应用。对影响负载谐振电阻测试精度的因素进行分析,并在分析基础上改进了石英晶体负载谐振电阻测试系统。
影响石英晶体负载谐振电阻测试精度的因素有很多,除串联谐振电阻和静态电容外,π网络分布参数也是一个很重要的影响因素。课题对π网络实际模型进行研究,分析了π网络模型的分布电容及引线电感对测试结果的影响,给出了石英晶体静态电容和负载谐振电阻的实际计算公式。分布电容及引线电感的存在会使高频信号经过π网络时产生相位偏移,此相移对π网络零相位法石英晶体负载谐振电阻的测试存在很大影响。测试系统采用补偿校准的方法减小π网络分布参数对静态电容和负载谐振电阻测试精度的影响,提高了测试精度。
测试系统由计算机进行控制,信号经CPLD处理后对测试系统进行控制。信号源输出信号分别经过π网络、鉴幅器、鉴相器、放大电路、A/D转换器后交由计算机进行处理。
测试软件在Microsoft VC6.0环境下开发。采用人机交互式测试界面,提供参数设置、相位校准、幅度校准等功能。此外,测试界面还提供测试数据图形化显示的功能,将测试结果通过柱状图形式显示,使对石英晶体电参数测试稳定性的判断更容易。校准程序采用了逐次逼近算法,有效提高了负载谐振电阻的测试精度。
长期测试实验表明,测试系统运行稳定。在1MHz~200MHz的测量范围内,石英晶体串联谐振电阻的测试误差小于±10%(或±2Ω),静态电容测试误差小于±0.1pF,负载谐振电阻测试误差小于±15%(或±2Ω)
在实际应用中,石英晶体通常工作于负载谐振状态。因此,此状态下对其电参数的测试具有十分重要的意义。课题研究成果有利于促进我国石英晶体负载谐振参数测试方法与国际标准测试方法的统一,也有利于π网络零相位法石英晶体负载谐振电阻在实际测试系统中的应用。