2022-08-04

晶振測試項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)

晶振測試介紹和意義

石英晶體振蕩器（以下簡稱晶振）是利用石英晶體壓電效應(yīng)而制成的器件，它的作用是輸出高精度和高穩(wěn)定度的脈沖信號，為整個(gè)電路提供時(shí)序基準(zhǔn)。我們知道，現(xiàn)在電路中有越來越多的時(shí)序電路，它們之間的協(xié)同運(yùn)行必須要有一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，才能統(tǒng)一一致的行動(dòng)，就像電視劇里特種行動(dòng)小隊(duì)在出發(fā)前都要對下表一樣，晶振在系統(tǒng)中起的作用就如同隊(duì)長的手表，它如果穩(wěn)定性或準(zhǔn)確性不好的話，那整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)錯(cuò)誤頻出，故障率很高。所以又把晶振稱為單板的“心臟”。

石英晶體振蕩器是由品質(zhì)因數(shù)Q*高的石英晶體諧振器和振蕩電路組成。晶體的品質(zhì)因數(shù)、切割取向、晶體振子的結(jié)構(gòu)及電路形式等，共同決定振蕩器的性能。國際電工委員會(huì)（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO），電壓控制式晶體振蕩（VCXO），溫度補(bǔ)償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。目前發(fā)展中的還有數(shù)字補(bǔ)償式晶體振蕩（DCXO）以及混合式的VOCXO振蕩等。

SPXO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

OCXO的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

雖然因?yàn)槭⒕w的Q值很高，晶振輸出的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都很高，但由于晶振內(nèi)部元器件參數(shù)隨著運(yùn)行時(shí)間發(fā)生飄逸，電源、負(fù)載和溫度等參數(shù)變化等原因，其輸出并不是恒定不變的。任何晶振，頻率不穩(wěn)定是*的，只是程度不同而已。一個(gè)晶振的輸出頻率隨時(shí)間變化的曲線如下圖所示。下圖中表現(xiàn)出頻率不穩(wěn)定的三種因素：老化、飄移和短穩(wěn)。其中短穩(wěn)性能會(huì)影響到接收機(jī)的接收靈敏度和選擇性、會(huì)影響高速率數(shù)字通信系統(tǒng)、會(huì)影響測試系統(tǒng)測試靈敏度等等，對高速信號的質(zhì)量起著決定性的作用。短穩(wěn)指標(biāo)的時(shí)頻表現(xiàn)就是人們常說的眼圖。老化和飄移是對晶振長期穩(wěn)定指標(biāo)的描述，它表征晶振運(yùn)行一段時(shí)間（經(jīng)常是日、月、年等）后，輸出頻率的變化程度。

晶振輸出頻率隨時(shí)間變化的示意圖結(jié)

綜上，晶振的頻率測試，需要長時(shí)間的測量并記錄，測試過程中又經(jīng)常需要更換溫度、電壓、負(fù)載等條件，如果純手工操作，需要大量的人力，成本*高，不具備可操作性。集團(tuán)為此需求專門開發(fā)了全套的自動(dòng)化測試系統(tǒng)。本系統(tǒng)使用銣鐘做為基準(zhǔn)，提升整套系統(tǒng)的測試*度，使用軟件控制可編程電源、頻率計(jì)和溫箱，可實(shí)現(xiàn)在滿足條件后自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，以及多路輸出同時(shí)控制并記錄，大大節(jié)省了人力成本。集團(tuán)還有40G/s的高采樣率的示波器，可以把晶振的輸出波形準(zhǔn)確的還原并測量，大限度的減少測量誤差。

測試對象

晶振在電子產(chǎn)品PCBA上幾乎無處不存，常見的有：時(shí)鐘晶振、實(shí)時(shí)晶振、聲卡晶振、網(wǎng)卡晶振等。

優(yōu)勢

集團(tuán)性能實(shí)驗(yàn)室對晶振的失效分析也有較深厚的技術(shù)積累，其充分發(fā)揮集團(tuán)的平臺(tái)優(yōu)勢，創(chuàng)造性的利用多領(lǐng)域的專業(yè)分析工具，對晶振進(jìn)行綜合分析。比如，集團(tuán)性能實(shí)驗(yàn)性創(chuàng)造性的把掃描電鏡引入到晶振內(nèi)部石英晶片的研究上來。晶振在生產(chǎn)中，需要給石英晶體的表面上被上一層銀層，并通過調(diào)節(jié)銀層的厚度來調(diào)節(jié)振蕩器的輸出頻率。銀層的平整程度、銀層表面是否有雜質(zhì)，劃痕以及石英晶片是否有裂痕等，會(huì)直接影響到振蕩器的輸出，甚至使振蕩器停振或休眠。分析晶振時(shí)，把晶振開封的過程中會(huì)從外界引入大量的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)落到晶片上，與晶片上原來的雜質(zhì)混在一起，增大了分析的難度。這時(shí)可以使用掃描電鏡的成份分析功能，對晶片上的雜質(zhì)成份進(jìn)行分析，可以有效的判別出此雜質(zhì)是由于開封時(shí)引入的，還是晶片上本身存在的，還可以使用掃描電鏡對晶片上的被銀面的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行成份掃描，通過分析各個(gè)區(qū)域上銀成份的差別，來判定此晶片加工時(shí)微調(diào)了幾次，微調(diào)區(qū)域是否為被銀面的中心，微調(diào)時(shí)使用的加銀工藝還是去銀工藝等等。

晶振材料的測試和分析，是需要很深厚的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)積累的，對設(shè)備的要求也非常的高，測試項(xiàng)目和測試方法遠(yuǎn)不局限于上述提到的內(nèi)容。集團(tuán)已初步建立起晶振材料的測試能力，愿意幫助上下流合作伙伴排憂解難，共同提升產(chǎn)品的可靠性。