石英晶体π网络零相位法电容测量法

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石英晶体π网络零相位法电容测量法 [复制链接]

     常用的石英晶振测量电容方法有哪些呢？常用的测量电容方法主要有谐振法、交流电桥法和充放电法。谐振法是将电容引入振荡电路中，使得振荡频率成为电容的函数，通过测量该频率值来计算电容值。交流电桥法将电容接入交流电桥中，调整电桥中的可调电阻和可调电容使得电桥平衡，根据平衡时电桥各臂的电阻和电容值计算被测电容值。

　在石英晶体的中间测试中，需要测量串联谐振频率、串联谐振电阻、负载谐振频率、负载谐振电阻、静电容、动电容、频率牵引灵敏度和DLD等参数。其中，静电容C0主要由石英晶体两端所镀银膜决定，表征了石英晶体的静态特性，与石英晶体的串联谐振频率和负载谐振频率等应用指标密切相关。

充放电法使用交流信号源对电容充电，然后将电容接入放电电路中，通过测量电容的放电时间来计算电容值。由于π网络法是通过测量π网络两端的矢量电压来得到石英晶体电参数值，与上述三种方法并不一致，所以如果采用这三种方法测量石英晶体的静电容都需要增加额外的测量电路，并且会因此增加π网络电路的杂散项，对测量石英晶体的谐振频率产生不利影响。

目前，IEC所推荐的石英晶体测量的标准方法是π网络零相位法。在该方法中，未规定测量静电容的标准方法。若采用谐振法、交流电桥法等常用方法来测量静电容，会增加整个测量系统的复杂性，并且对谐振频率的测量产生不利影响。本课题提出了一种基于π网络零相位法的测量石英晶体静电容的新方法，并据此设计制作了实验测量系统。

利用DDS（直接数字频率合成）信号源作为激励源，其输出交流信号频率远离石英晶体谐振频率，该信号激励接有被测石英晶体的π网络。此时，石英晶体等效于一个值为C0的电容。π网络的输出电压与该电容存在一定的函数关系，由于输入电压和π网络的参数已知，测量输出电压并根据这一函数关系，可以计算出C0电容值。

这种方法与测石英晶体谐振频率的方法很相似，都需要利用DDS输出信号作为激励信号并检测π网络输出的矢量电压。两者区别在于测量谐振频率要求检测输入电压和输出电压之间相位差，而测量静电容则要求测量输入电压和输出电压的幅值。因此，对这两个矢量电压信号采用幅相检测的办法可以使测量石英晶体的谐振频率和静电容统一起来。