晶振测试仪——使用说明书

• 晶振简介
  1. 晶振介绍
  2. 

图 1晶振

晶振是一种通用频率元件，以材质可分为石英晶振，陶瓷晶振；以封装可分为贴片晶振，插件晶振；从供电方式可分为有源晶振和无源晶振。一般的晶振作用是产生频率源，晶振有不同的频率,可以使电路工作在稳定的频率范围之内，它是给IC提供基础时钟。在无线通信、卫星通信、移动电话、全球定位系统、导航、遥控、航空航天、高速计算机、精密计测仪器、物联网通信、消费类电子、工业自动化、安防类、医疗仪器、汽车电子等行业领域内，几乎应用于所有的电子设备中。

晶振的性能直接影响着各种集成电路应用，比如：晶振频率偏差过大导致的时钟偏移、定时偏差、无线频率偏差等等。

晶振主要参数：

1.频率：常用的晶振频率为8MHz、25MHz等，如单片机中常用8MHz晶振。

2.稳定度：指在规定的工作温度范围内，与标称频率允许的偏差，用ppm（百万分之一）表示，一般晶振稳定度在50ppm以下。

3.波形种类：晶振波形一般是正弦波或者方波。

4．电压：常用的有1.8V、2.5V、3.3V、5V等，其中3.3V应用最广，也有很少的高压应用，如12V或以上。

5.温度范围：工业级标准规定的-40～+85℃。对于某些特殊场合如航天军用等，对温度有更苛刻的要求。

6.相位噪声：相位噪声是频谱纯度的度量，所以一般高端的晶振相噪更低，如TCXO或OCXO（恒温晶振）。

7.封装：有插件(DIP)、贴片(SMD)封装，插件如长方形的DIP4封装，正方形的DIP8封装等，贴片有7.0*5.0、6.0*3.5mm，5.0*3.2mm，3.2*2.5mm，2.5*2.0mm等封装。

其中最重要的指标是频率稳定度。所谓高稳，就是频率稳定度非常好的晶振，如很少受外界温度的影响，老化慢。

1.2 晶振分类

• 无源晶振

　　无源晶振是一种无极性元件，需要借助于时钟电路才能产生振荡信号，自身无法振荡起来。无源晶振一般没有电压的要求，信号电平是可变的，也就是说是根据起振电路来决定的。

图 2 无源晶振（直插）左、（贴片）右

图 3 无源晶振等效电路与振荡电路

• 有源晶振

　　有源晶振是一个完整的振荡器，里面除了石英晶体外，还有晶体管和阻容元件等联合放大信号。信号驱动能力好，工作较为稳定，抗干扰能力强，供电和输出连接方式相对简单，不需要复杂的配置电路。

图 4 有源晶振（直插）左、贴片（右）

图 5 有源晶振内部等效电路

1.3 晶振测试

晶振波形解析

晶振波形一般是正弦波或者方波，当输出波形是方波时，一般上升沿比较陡峭，且包含了较多的高频分量，如果使用示波器，要保证测试的探头有足够的频率带宽（一般用X10档位扩展带宽）。

　　现有测试手段

1、示波器测试

有源晶振输出正弦波或方波。如果有源晶振把整形电路(施密特整形)做在有源晶振里面了的话，输出就是方波。

• 保证信号质量需要更好的接地；
• 探头的输入电容比晶振的负载电容要大，当使用不恰当的探头进行测量时可能会引起晶振停振；
• 要显示较好的方波，仪器至少需要至少5倍的频率带宽；（比如25M晶振，那么100M的示波器看到的方波可能变形为类sin信号，有部分幅度失真，最好用200M以上的示波器，配合高带宽探头）
• 一般的示波器是基于周期触发测量频率，由于示波器的时间基准误差较大，示波器只能用来粗测频率，测量误差较大；带计数器功能的示波器略好，但是相对精度最多到1ppm，示波器测量对于精密的频率偏差不可取。

 2、频谱仪测试

频谱仪可以测量晶振的频偏，连接好仪器后可以查看中心频率点，即晶振的频率，这种测试需要很小的BRW，同时要求频谱仪的时间基准比较准确。一般来说，频谱测量同样也有很大误差，不能用来做精密测试，低端频谱仪可能误差比示波器更大。

3、频率计测试

   频率计是专门测试频率的仪器，通常有10位或12位的显示精度（比如安捷伦53181A，53132A或是德53220A等型号，但通常比较昂贵），具体精度还取决于仪器的参考时钟等级（温补，恒温，或者原子钟等），使用过程中还有仪器频标的老化或温漂等误差。

我们再提供晶振测试仪的同时，还配套本公司的便携式高精度FC-4000的射频频率计，联合完成高精度的晶体频率测试。

1.4 晶振自动测试

图 6 晶振自动化测试

      典型应用：

   从业人员

1. 14. 晶体销售,对存货，进货或销售中的晶体进行验证或筛选；
   14. 公司采购，对晶振进货批次进行抽样验证；
   14. 研发人员，晶体或晶振筛选小批量用于样品生产，选择频率稳定度更好或更准的晶振，尽而控制产品性能；

行业应用

1. 14. 通信仪器设备制造商，对生产前的晶体物料进行筛选，避免出现不良品焊接在PCB电路上，如软件无线电、无线通信测量仪器、物联网通信组网对时钟基准晶体进行精确测量；
   14. 消费类电子产品制造商，检测电子产品时钟电路，如：智能电表、电脑主板、温控器、定时器、电子秤以及电子收款机上计时功能的精密测量；
   14. 汽车电子设备、医疗电子、安防电子、工业自动化设备等生产商，对于提供基准频率的晶振进行验证或筛选；
   14. 高校教学使用，可通过晶体筛选加深学生对晶体参数指标的理解，同时也可以对即将生产的物料进行测试；
   14. 研究所等科研项目产品，筛选一致性好的晶振，加速科研项目的研发；
   14. 石英钟表行业生产商，常用32.768kHz，对石英晶体的筛选，选择频率更加稳定的晶体，提高石英表的准确度；
   15. 晶振测试仪工装简介

   16. 

       技术参数:

       型号
       OSCT-L 低频版	32.768kHz～32MHz  （无源） DC～100MHz       （有源）
       OSCT-H 高频版	4MHz～50MHz      （无源表贴） 4MHz～40MHz      （无源直插） DC～100MHz       （有源）
       电源
       供电电源	DC 5V/1A
       有源晶振供电	内部：3.3V/5V 外部供电：其它供电
       尺寸
       外形尺寸	92mm*58mm*22mm
       环境
       工作温度	-20～45度
       存储温度	-20～70度
       接口
       射频接口	SMA-k（三路）
       供电接口	Micro USB接口

       晶振测试:

       		可检测封装	频率范围
       无源晶振	低频版 OSCT-L (默认)	SMD表贴封装： 5032（2P）/5032(4P)/3215(2P) 3225(4P)/2550(4P)	32.768kHz～32MHz
       		DIP直插封装： 双列直插
       	高频版 OSCT-H	SMD表贴封装： 5032（2P）/5032(4P)/3215(2P) 3225(4P)/2550(4P)	4MHz～50MHz
       		DIP直插封装： 双列直插	4MHz～40MHz
       有源晶振		SMD表贴封装： 7050（4P）/5032(4P)/3225(4P) /2550(4P) 各两组。	DC～100MHz。

   17. 晶振测试步骤

       3.1 无源晶振测试

       a、直插封装（DIP）

   18. 确定所测晶振频率，进行如下操作。

   19. 序号	频率范围	操作
       1	32.768 kHz ～ 1 MHz	如32.768kHz晶振 P5、P6 用跳线帽连接
       2	1MHz ～ 32 MHz	P5、P6 断开跳线帽

       

       图 7 无源晶振直插封装测试区

   20. 无源晶振测试区中测试无源直插封装晶振（DIP），将直插晶振引脚插入晶振卡座中，如下图所示，下压把手，使晶振卡紧。
   21. 用Micro USB 5V 供电，右侧DIP OUT SMA即可测得晶振输出信号。

   22. 注：如上图（1与2）所指均为直插晶振的匹配电容，默认15pF，可调范围5pF～20pF。如果DIP OUT无信号输出，可根据晶振手册的匹配电容适当增大减小，即可获得晶振输出信号。

       b、贴片封装（SMD）

       

       图 8 无源晶振表贴晶振测试区

   23. 将待测无源贴片晶振，放入相应封装测度区域内（5032(4p)、3225(4p)、2520(4p)、3215（2p）、5032（2p）），如上图所示。轻压晶振使其接触良好（自动化测试时可用机械触手）。
   24. 确定所测晶振频率，进行如下操作。

   25. 序号	频率范围	操作
       1	32.768 kHz ～ 1 MHz	如32.768kHz晶振 P7、P8 用跳线帽连接
       2	1MHz ～ 32 MHz	P7、P8 断开跳线帽

   26. 用Micro USB 5V 供电，右侧DIP OUT SMA即可测得晶振输出信号。

   27. 注：如上图（1与2）所指均为直插晶振的匹配电容，默认15pF，可调范围5pF～20pF。如果DIP OUT无信号输出，可根据晶振手册的匹配电容适当增大减小，即可获得晶振输出信号。

   28. 2. 有源晶振测试

   29. 

       图 9 有源晶振测试区

       有源晶振测试区：

       1号管脚为5V引脚；

       2号管脚为晶振电压（VCC）引脚；

       3号管脚为3.3V电压引脚；

       4号管脚为地（GND）引脚；

       5号管脚为特殊电压（晶振工作电压非5V或3.3V）引脚；

       有源晶振步骤：

   30. 将待测有源贴片晶振，放入7050、5032、3225、2520相应测度区域内，如上图所示。轻压晶振使其接触良好（自动化测试时可用机械吸嘴触压）。
   31. 晶振供电选择

   32. 晶振5V供电时，将下图中5V （管脚1），VCC（管脚2）用跳线帽连接；

       

       图 10 晶振5V供电电压

       晶振3.3V供电时，将下图中3.3V （管脚3），VCC（管脚2）用跳线帽连接；

       

       图 11 晶振3.3V供电电压

       晶振需要外部电源供电时，直接将电源正极与V外接（管脚5）相连，负极与GND(管脚4)相连即可

       

       图 12 晶振外部供电

       注：晶振供电电压只选一种，注意 不要短路(电源与地不要连接)！！！。

   33. 用Micro USB 5V 供电，轻压卡槽中的晶振，这时在右侧SMA即可测得晶振输出信号。

   34. 四、晶振测试示例

       下图分别为Agilent 53181A频率计（左侧）与我司自行研发频率计（50Hz-4GHz）（右侧）通过T型头同时测试的频率效果。（注：大的频率计没有经过校准有轻微偏差正常）

       4.1 无源直插晶振测试

   35. 32.768kHz 晶振测试：

   36. 

       图 13  32.768kHz 晶振测试

   37.  4MHz晶振测试：

   38. 

       图 14  4MHz晶振测试

   39.  8.19MHz晶振测试：

   40. 

        

       图 15  8.19MHz晶振测试

   41.  24MHz晶振测试：

   42. 

        

       图 16  24MHz晶振测试

   43.  26MHz晶振测试：

   44. 

       图 17  26MHz晶振测试

   45.  32MHz晶振测试：

   46. 

       图 18  32MHz晶振测试

       4.2 无源贴片晶振测试

   47. 32.768kHz 晶振测试：

   48. 

       图 19  32.768kHz 晶振测试

   49. 8MHz 晶振测试：

   50. 

       图 20  8MHz 晶振测试

   51. 10MHz 晶振测试：

   52. 

        

       图 21  10MHz 晶振测试

   53. 50MHz 晶振测试：

   54. 

        

       图 22  50MHz 晶振测试

       4.3 有源贴片晶振测试

   55. 20MHz 晶振测试：

   56. 

       图 23  20MHz 晶振测试

   57. 26MHz 晶振测试：

   58. 

       图 24  26MHz 晶振测试

   59. 100MHz 晶振测试：

   60. 

        

       图 25  100MHz 晶振测试

       五、产品优势

   61. 14. 集成度高，集合有源与无源晶振测试，一般厂家只提供一个种类的工装；
       14. 高性价比，小巧轻便，重量只有几十克；
       14. 供电电压等级选择多，适合不同电压的晶振，可用手机适配器或者充电宝进行供电；
       14. 可提供整套便携式测试方案，配合FC-4000便携式频率计与AT命令集，进行手动测试，或用户可二次开发，实现晶振检测流水化；
       14. 应用范围广，涵盖几乎所有的电子产品晶体测试；

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