石英晶體單元的主要用途之一,就是為電子產(chǎn)品提供計時、參考頻率與頻率控制等功能。這類應(yīng)用對于輸出頻率的準(zhǔn)確性有很高的要求,因此為了避免產(chǎn)品出廠后因石英晶體振蕩電路系統(tǒng)的偏差,造成某些功能運(yùn)作失常的現(xiàn)象,越來越多廠商開始重視晶體振蕩線路的回路分析,希望了解自己的振蕩線路的偏差范圍,才能在設(shè)計階段就先進(jìn)行線路調(diào)整,以達(dá)到最佳的電氣特性匹配。
目前許多大廠已將振蕩線路的回路分析定義為量產(chǎn)前的標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證程序之一。避免在量產(chǎn)后才發(fā)生振蕩線路不起振的問題,或是頻偏誤差太大等狀況,倒頭來還是得透過回路分析來幫忙厘清問題。
因石英晶體的容差值(Tolerance)是以 ppm 來計算,必須以非常精確的儀器才能進(jìn)行正確的測量。產(chǎn)品制造商本身很難做的到,即使是一般的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室也力有未逮。要進(jìn)行精確的振蕩線路回路分析,除了工程師需充分了解振蕩線路特性外,實(shí)驗(yàn)室也必須具備能提供極高精準(zhǔn)度參考頻率的儀器如原子鐘,而非一般實(shí)驗(yàn)室使用的 OCXO 等級儀器。
另一個關(guān)鍵則是測試端的探棒,可分為被動式與主動式。被動式探棒成本低,但以接觸式量測時會產(chǎn)生嚴(yán)重的電容效應(yīng)(約8-15pF),造成很大的頻偏,因而無法量測到振蕩線路的起振點(diǎn)。主動式探棒的成本高,但本身的電容效應(yīng)低,只有 1-2pF。除了使用主動式探棒之外,SCTF 進(jìn)一步設(shè)計出非接觸式的的量測方式,可以將量測時對線路負(fù)載的影響降到最低,可量測分析到實(shí)際的線路振蕩特性。
全球符合上述條件的實(shí)驗(yàn)室屈指可數(shù),即使是專精石英技術(shù)的 SCTF,過去也只在日本總公司才有這樣的實(shí)驗(yàn)室與人才。對于國內(nèi)的電子廠商來說,雖然有做回路分析的需求,但往往因?yàn)樗腿毡緶y試的時間成本耗費(fèi)太大,讓產(chǎn)品送測意愿普遍不高。為此,SCTF 自 2010 年 3 月起在上海成立這樣的高規(guī)格實(shí)驗(yàn)室(使用原子鐘參考頻率及主動式探棒等),并將原本需要 10 天至 2 周的往返測試時間縮短到 3~5 個工作天。目前測試的產(chǎn)品類型從 PC 主機(jī)板、手機(jī)到各種消費(fèi)性電子設(shè)備都有。
此實(shí)驗(yàn)室能針對廠商設(shè)計的振蕩線路提供頻率容許誤差、驅(qū)動功率以及負(fù)性阻抗的量測,并提出頻率調(diào)整電容的建議值報告。除了這些基本量測外,實(shí)驗(yàn)室也會針對不同的應(yīng)用進(jìn)行進(jìn)階的分析服務(wù),例如量測不同電壓下的頻率對溫度特性、找出從振蕩線路起振到系統(tǒng)開始運(yùn)作的時間,以及振蕩線路可以工作的電壓范圍等。振蕩線路設(shè)計建議。