GBT 22319.6-2023 石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量 第6部分：激勵(lì)電平相關(guān)性(DLD)的測(cè)量（正式版）

石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量第6部分：激勵(lì)電平相關(guān)性(DLD)的測(cè)量MeasurementofquartzcrystPart6:Measurementofdrivelev2023-09-07發(fā)布國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T22319.6—2023/IEC Ⅲ 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語(yǔ)和定義 1 14.1頻率和電阻的可逆變化 14.2頻率和電阻的不可逆變化 14.3DLD效應(yīng)的原因 25DLD測(cè)量的激勵(lì)電平 26試驗(yàn)方法 36.1方法A(快速標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法) 36.2方法B(多電平基準(zhǔn)測(cè)量方法) 4附錄A(規(guī)范性)石英晶體元件的激勵(lì)電平和機(jī)械位移之間的關(guān)系 6附錄B(規(guī)范性)方法C:使用振蕩器法測(cè)量DLD 8參考文獻(xiàn) 圖1電阻R或R??隨激勵(lì)電平相關(guān)性變化的最大允許電阻比 3圖B.1振蕩器中的晶體元件的接人 8圖B.2晶體元件損耗電阻隨耗散功率的變化關(guān)系 8圖B.3石英晶體元件R,的特性 9圖B.4電路系統(tǒng)方框圖 圖B.5在掃描激勵(lì)電平范圍內(nèi)建立的一R 圖B.6在本附錄試驗(yàn)中將一R。=70Ω作為試驗(yàn)限值時(shí)石英晶體元件的激勵(lì)電平特性 圖B.7方法C測(cè)量電路原理圖 Ⅲ本文件是GB/T22319《石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量》的第6部分。GB/T22319已發(fā)布了以下部分：——第11部分：采用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)和誤差校正確定負(fù)載諧振頻率和有效負(fù)載電容的標(biāo)準(zhǔn)本文件等同采用IEC60444-6:2021《石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量第6部分：激勵(lì)請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專(zhuān)利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)本文件由全國(guó)頻率控制和選擇用壓電器件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC182)歸口。本文件起草單位：鄭州原創(chuàng)電子科技有限公司、北京晨晶電子有限公司高激勵(lì)電平(如AT切晶體在1mW或1mA以上)時(shí)，可以在所有晶體元件上觀察到這些變化。并且它們還會(huì)導(dǎo)致頻率和電阻的不可逆變化。激此外，規(guī)定的振動(dòng)模式與其他模式(如諧振子本身、裝架和填充氣體)之間的耦合也與激勵(lì)電平——第1部分：用π型網(wǎng)絡(luò)零相位法測(cè)量石英晶體元件諧振頻率和諧振電阻的基本方法。目的在于規(guī)定測(cè)量石英晶體元件諧振頻率和諧振電阻的基本方法及適用 第4部分；頻率達(dá)30MHz石英晶體元件負(fù)載諧振頻率和負(fù)載諧振電阻R,的測(cè)量方法及其他導(dǎo)出參數(shù)的計(jì)算。目的在于規(guī)定用加載物理負(fù)載電容測(cè)量石英晶體元件負(fù)載諧振頻率等參 絡(luò)分析技術(shù)并用線(xiàn)性等效電路確定石英晶體元件參數(shù) 第6部分：激勵(lì)電平相關(guān)性(DLD)的測(cè)量。目的在于規(guī)定用π型網(wǎng)絡(luò)或振蕩器法測(cè)量石英晶 第7部分：石英晶體元件活性跳變的測(cè)量。目的在于規(guī)定在溫度范圍內(nèi)石英晶體元件活性跳 第9部分：石英晶體元件寄生諧振的測(cè)量。目的在于規(guī)定用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)和用電阻法測(cè) 第11部分；采用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)和誤差校正確定負(fù)載諧振頻率和有效負(fù)載電容的標(biāo)準(zhǔn)方法。目的在于規(guī)定不加載物理負(fù)載電容測(cè)量石英晶體元件負(fù)載諧振頻率及標(biāo)稱(chēng)頻率時(shí)有效負(fù)1石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量第6部分：激勵(lì)電平相關(guān)性(DLD)的測(cè)量本文件適用于石英晶體元件激勵(lì)電平相關(guān)性(DLD)的測(cè)量。本文件規(guī)定兩種試驗(yàn)方法(A和C)和一種基準(zhǔn)測(cè)量方法(方法B)。方法A以IEC60444-5的π型網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，適用于本文件所覆蓋的整個(gè)頻率范圍。基準(zhǔn)測(cè)量方法B依據(jù)IEC60444-5或IEC60444-8的π型網(wǎng)絡(luò)或反射法為基礎(chǔ)，適用于本文件所覆蓋的整個(gè)頻率范圍。方法C是振蕩器法，適用于固定條件下大批量基頻石英晶體元件的測(cè)量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。IEC60444-5石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量第5部分：采用自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)和誤差校正確定等效電參數(shù)的方法(Measurementofquartzcrystalunitparameters—Part5:MethodsforthedeterminationofequivalentelectricalparametersusingautomaticnetworkanalyzertechniquesanderrorcoIEC60444-8石英晶體元件參數(shù)的測(cè)量第8部分：表面貼裝石英晶體元件用測(cè)量夾具(Meas-urementofquartzcrystalunitparameters—Part8:Testfix3術(shù)語(yǔ)和定義本文件沒(méi)有需要界定的術(shù)語(yǔ)和定義。ISO和IEC維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作使用的術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)見(jiàn)下列網(wǎng)址：IEC;https://www.electrop4.1頻率和電阻的可逆變化可逆變化是分別在低電平和高電平下進(jìn)行重復(fù)測(cè)量后，或從最低電平到最高電平及反向連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)測(cè)量后，在同一激勵(lì)電平下出現(xiàn)的頻率和電阻的變化，只要這些變化保持在測(cè)量準(zhǔn)確度的范圍內(nèi)。4.2頻率和電阻的不可逆變化不可逆變化是在高電平中間測(cè)量后，在低電平下會(huì)出現(xiàn)頻率和(或)電阻的顯著變化。例如，低電平2下先前的高電阻在重復(fù)測(cè)量時(shí)變成了低電阻。特別是晶體元件幾天不工作，當(dāng)其在低電平下再次工作 DLD測(cè)量要施加低激勵(lì)電平和高激勵(lì)電平(而且盡可能有更多的激勵(lì)電平)。高激勵(lì)電平是標(biāo)稱(chēng)宜注意，建議這個(gè)電平低于附錄A中推導(dǎo)出的最大可用電平。件，應(yīng)采用晶體電流為1mA,相應(yīng)的速度v為0.2m/s方法通過(guò)按順序的三次測(cè)量，能夠快速挑選出激勵(lì)電平敏感的石英晶體元件。圖1中給出的諧振電阻允許變化是以不同的制造商對(duì)晶體元件長(zhǎng)期考核為基礎(chǔ)并已被證明是反映晶體元件起振問(wèn)題的可靠指在工業(yè)領(lǐng)域，有一些商業(yè)可用的晶體測(cè)試系統(tǒng)，它們的軟件提供了幾種DLD的不同測(cè)量及計(jì)算方法B適用于有嚴(yán)格起振要求和高可靠性的器件。附錄B中的方法C是振蕩器法。該方法是一種經(jīng)濟(jì)性方法，特別適用于固定測(cè)量條件(最大激勵(lì)在特殊情況，若推薦的測(cè)量技術(shù)不適用，用戶(hù)宜使用一個(gè)自制的低反饋振蕩器，或一個(gè)自制的濾 ——附錄B中方法C用于振蕩器晶體依據(jù)設(shè)定值進(jìn)行合格判定的測(cè)量。3電阻比y電阻比y6試驗(yàn)方法6.1方法A(快速標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法)按第5章規(guī)定，根據(jù)IEC60444-5測(cè)量串聯(lián)諧振頻率和電阻，在低的和高的激勵(lì)電平下進(jìn)行試驗(yàn)。其電流電平的允許偏差為±10%,功率電平的允許偏差為±20%。a)在105℃至少存放24hb)在整個(gè)測(cè)量期間溫度應(yīng)保持恒定(依據(jù)IEC60444-5)。f)計(jì)算γu,γa=R?/R?。γi?應(yīng)小于圖1繪制線(xiàn)段上給出的最大γ值(橫坐標(biāo)=R)。g)允許的頻率變化|fa-f|應(yīng)為5×10-*×f,除非詳細(xì)規(guī)范另有規(guī)定。h)計(jì)算γμ,Yu=Ru/R?。γ應(yīng)小于(y+1)/2,γ值取圖1給出的值(橫坐標(biāo)=Ri?)。i)允許頻率變化|fa-f|應(yīng)為2.5×10-*×fa,除非詳細(xì)規(guī)范另有規(guī)定。j)在任何激勵(lì)電平下電阻值應(yīng)不超過(guò)詳細(xì)規(guī)范給定的最大值。注：圖1給出的γ曲線(xiàn)已被許多類(lèi)型振蕩器用品體元件累積多年經(jīng)驗(yàn)獲得的結(jié)果證實(shí)。大多數(shù)情況下都能起振，但在臨界振蕩器配置下可能出現(xiàn)一些問(wèn)題。由于不可能制造出在任何激勵(lì)電平下諧振電阻均不變的晶體元件，推薦的γ曲線(xiàn)給出的是允許的關(guān)系曲線(xiàn)。激勵(lì)電平值的定義由使用詳細(xì)規(guī)范的標(biāo)稱(chēng)激勵(lì)電平作為高激勵(lì)電平值。當(dāng)在很高激勵(lì)電平下測(cè)圖1電阻R?或R隨激勵(lì)電平相關(guān)性變化的最大允許電阻比4GB/T22319.6—2023/IEC60444建議選擇的最大激勵(lì)電平是當(dāng)該激勵(lì)電平繼續(xù)增大50%,此時(shí)電阻值可逆增大不超過(guò)10%或頻率 (1)按第5章規(guī)定，根據(jù)IEC60444-5測(cè)量串聯(lián)諧振頻率和電阻，在低的和高的激勵(lì)電平下進(jìn)行試驗(yàn)。其電流電平的允許偏差為士10%,功率電平的允許偏差為士20%。a)在105℃至少存放24h后，在室溫至少存放2h,或在室溫存放一周。b)在整個(gè)測(cè)量期間溫度應(yīng)保持恒定(依據(jù)IEC60444-5)。c)激勵(lì)電平采用兩種類(lèi)型的量值。從最低電平到最高電平再回到最低電平的順序測(cè)量，激勵(lì)電1)當(dāng)激勵(lì)電平的量值單位是mA時(shí)，從2μA到標(biāo)稱(chēng)激勵(lì)電平，至少測(cè)量7個(gè)采用對(duì)數(shù)比例2)當(dāng)激勵(lì)電平的量值單位是μW時(shí)，從2nW到標(biāo)稱(chēng)激勵(lì)電平，至少測(cè)量7個(gè)采用對(duì)數(shù)比例5f)N個(gè)激勵(lì)電平應(yīng)為對(duì)數(shù)比例，即DLw+?=DLx×K。推薦的激勵(lì)電平公式(除技術(shù)規(guī)范另有規(guī)定外)見(jiàn)公式(2): (2)g)在特殊應(yīng)用中，可能需要更多的激勵(lì)電平數(shù)量。例如機(jī)械耦合引起的非線(xiàn)性寄生諧振(跳變)和失效分析應(yīng)用。6(規(guī)范性)石英晶體元件的激勵(lì)電平和機(jī)械位移之間的關(guān)系晶體元件的功率損失由式(A.1)給出：Pc=I2·R?I——通過(guò)晶體元件的電流，單位為安培(A);無(wú)功功率由式(A.2)給出：PB——無(wú)功功率，單位為瓦特(W);f——諧振頻率，單位為赫茲(Hz);Q——品質(zhì)因數(shù)。電能由式(A.3)給出；晶體元件的機(jī)械能可由式(A,4)～式(A.8)描述：p=2650kg/m3(密度)……………(A.8)式中：Aa——電能，單位為瓦特V——振動(dòng)區(qū)域的體積，單位為立方米(m3);c——振動(dòng)模的彈性模量(對(duì)AT切晶體元件，c=cí=2.93×10°N/m2);x=△l/l——延伸率；s——距靜止位置的偏移，單位為米(m);b=d2s/dt2——加速度，單位為米每二次方秒(m/s2)。體積V可以由電極面積Fm和電極間距d近似計(jì)算，見(jiàn)式(A.10)。先按式(A.9)計(jì)算靜電容：7e,——AT切石英材料的相對(duì)介電常數(shù)，數(shù)值為4.54;ee——真空介電常數(shù)，數(shù)值為8.86×10-“F/m。得到式(A.10):式中：n——泛音次數(shù)。且根據(jù)機(jī)械振動(dòng)的速度、延伸率、位移或加速度所得到的電流見(jiàn)式(A.11)～式(A.14):,式中1,式中1對(duì)非凸面AT切晶體元件，式(A.15)也適用：式中：n——泛音次數(shù)。常數(shù)“250”很適合小型化晶體元件的測(cè)量值，如表面貼裝晶體元件。另一方面，對(duì)于普通晶體元件，當(dāng)C。=5pF時(shí)，取下列電流時(shí)可得：v?=0.01m/sv?=0.2m/sx?=1.8×10-*x?=3.6×s?=6.7×10-1ms?=1.3×10b?=2.6×10?m/s2b?=5.3×10?m在f=100MHz時(shí)；s?=6.7×10~“mb?=2.6×10?m/s2b?=5.3×10'm每個(gè)型號(hào)晶體元件的極限條件引起的最大電流或最大電平取決于石英晶體元件的頻率、品質(zhì)因數(shù)和振動(dòng)模式及其振動(dòng)區(qū)域的體積。這些器件在振蕩器和濾波器中應(yīng)用時(shí)，不應(yīng)超過(guò)其最大電流或最大電平。8(規(guī)范性)方法C:使用振蕩器法測(cè)量DLD為檢驗(yàn)整個(gè)激勵(lì)電平范圍內(nèi)的DLD效應(yīng)，6.1中規(guī)定的方法是非常不經(jīng)濟(jì)的，而且該方法不適合進(jìn)行100%的合格判定試驗(yàn)。下面推薦的方法測(cè)試晶體元件起振期間的最大R,是很經(jīng)濟(jì)的。該方法可用于100%的最終檢驗(yàn)，也適用于100%的進(jìn)貨檢驗(yàn)。該方法還可以作為一種儀器，以判斷晶體元件是否符合詳細(xì)規(guī)范中規(guī)定的R的要求。振蕩器中晶體元件的作用可由圖B.1表示。圖B.1振蕩器中的晶體元件的接入當(dāng)電路的一R。的值小于晶體元件R,時(shí)，電路將不產(chǎn)生振蕩。起振期間，晶體元件的R,相當(dāng)于圖B,2所示的情況。圖B.2晶體元件損耗電阻隨耗散功率的變化關(guān)系晶體元件經(jīng)數(shù)次測(cè)量時(shí)，特征曲線(xiàn)向右或向左緩慢移動(dòng)或逐漸平坦。比值γ=Ra/R,也可能會(huì)因每次測(cè)量而不同，即使γ值達(dá)到某一確定值(臨界值),該比值也并不意味著振蕩器可能停止工作。其最重要的意義是晶體元件呈現(xiàn)的最大R,與振蕩器電路的R。值之間的保險(xiǎn)裕度。建議電路應(yīng)取|-Rl≥3|R,|,因?yàn)樵跍囟确秶鷥?nèi)R.…和-R。一樣都會(huì)偏移。起振期間，激勵(lì)電平從低的值(圖B.3曲線(xiàn)圖的左側(cè))移向標(biāo)稱(chēng)激勵(lì)電平。9GB/T22319.6—2023/IEC60444限值達(dá)1mW的反饋網(wǎng)絡(luò)和一個(gè)帶有LED目測(cè)指示的檢測(cè)器電路組成?！h(huán)路增益>1,表明|-R|>R,; 振蕩器的負(fù)電阻(及其DLD拒收水平)能通過(guò)與振蕩器串聯(lián)的一個(gè)正電阻器來(lái)調(diào)節(jié)。用這種方法可以選擇0Ω~200Ω之間任一數(shù)值。將具有足夠低的R,