Gyakorlati mérési módszerek a "Kvarckristályok optimalizálása IC-khez" című bejegyzéshez - F és F.3 szakaszok
Az enciklopédia cikkhez : A kristályok optimális illesztése az IC-khez
Miről van szó
Az ESR (ekvivalens soros ellenállás) a kvarckristály mechanikai és dielektromos veszteségeit jelenti. Ez az egyik legfontosabb paraméter a tranziens viselkedés szempontjából: Az alacsony ESR kisebb veszteségeket, nagyobb tranziens válasz megbízhatóságot, gyorsabb indítási időt és stabilabb rezgést jelent a hőmérséklet függvényében.</p
<p class="text-justify">AMCU-gyártók általában megadnak egy maximális ESR értéket az adatlapjukon (jellemzően 40-100 Ω a MHz-es kristályoknál, 30-90 kΩ a 32,768 kHz-es kristályoknál). Ha a kristály valós ESR-je ennél nagyobb, az oszcillátor nem fog megbízhatóan elindulni.
Ez a bejegyzés bemutatja, hogyan kell helyesen mérni az ESR-t az egy darabos és a mintás tesztelés során.
Mérési módszer A: Hálózati analizátor (IEC 60444-5, referencia-módszer)
A hálózatelemzés a referencia-módszer - pontos, reprodukálható és minden kvarc adatlap alapja. Kizárólag mérőlaboratóriumokban használják.
Készülékek
Vektorhálózati analizátor (VNA), pl. Keysight E5061B, Rohde & Schwarz ZNLE, vagy speciális kvarc teszthíd (Saunders 250C, Saunders 260)
π hálózati aljzat (kvarc-tesztfigura) az IEC 60444-5 szerint, meghatározott terhelhetőséggel
Pontos referencia és OSL kalibrálás a kvarc frekvenciatartományig
.
Eljárás
Kalibrálja a π hálózatot: Short-Open-Load-Through (SOLT) precíziós szabványokkal a célfrekvencián.
Tegye be a kristályt a tesztaljzatba. Az aljzat megfelelő terhelési kapacitást határoz meg a méréshez.
A meghajtási szintet állítsa be a kvarc adatlapján megadott mérési szintre (jellemzően 10 µW vagy 100 µW).
Végezze el az S21 átviteli mérést, keresse a soros rezonancia minimumát.
A rezonancia minimumánál lévő beiktatási veszteségből számítsa ki az ESR-t.
ESR = 2 - R₀ - ( 10^(-|S21|/20) - 1 ) (R₀ = 50 Ω nyitott π-hálózat esetén)
B mérési módszer: Aktív híd / Saunders-módszer (gyártási és minőségbiztosítási módszer)
A kereskedelmi forgalomban kapható kvarc mérőhidak (Saunders, TTi) közvetlenül mérik az ESR-t, a soros rezonanciafrekvenciát fs, a terhelés rezonanciafrekvenciáját fL és a mozgási paramétereket L1, C1, C0. Ezeket a beérkező áruk és a minőségbiztosítási vizsgálatok során használják.</p
<p class="text-justify">Előnye: az ESR közvetlen kijelzése ohmban, automatikus meghajtószint-szabályozás, mérési idő kristályonként néhány másodperc.
C-módszer: Áramkörön belüli becslés (terepi módszer, csak plauzibilitási ellenőrzésekhez)
Ha csak egy oszcilloszkóp áll rendelkezésre, akkor az ESR közvetett módon, a soros ellenállás módszerével szűkíthető. Ez a módszer elsősorban a tranziens válaszbiztonság meghatározására szolgál (lásd a -Rneg-ről szóló külön bejegyzést), és másodlagos eredményként az ESR felső becslését adja.
Az elv
Egy változó soros ellenállás Rtest a kristály és az egyik kapacitási csomópont (általában az XOUT oldal) közé van behurkolva. Az az ellenállásérték, amelynél a rezgés éppen leáll, megfelel a határértéknek:</p
<p class="text-centre">Rtest_max + ESR ≈ |-Rneg|
Ha |-Rneg| ismert az oszcillátor specifikációjából, akkor ebből meg lehet becsülni az ESR felső határértékét. Ez a módszer nem elegendő a pontos abszolút méréshez.
Típusos ESR-értékek
| Kvarc típusa | Frekvenciatartomány | ESR tipikus | ESR max (adatlap) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 32,768 kHz óra kvarc szabvány (tokverziótól függően) | 32,768 kHz | 35 - 65 kΩ | 70 - 90 kΩ | |||
| 32,768 kHz óra kvarc LRT-Low-ESR | 32,768 kHz | 40 - 45 kΩ | 50 kΩ | |||
| MHz kvarc SMD 3,2 × 2,5 mm | 8 - 50 MHz | 40 - 80 Ω | 100 Ω | |||
| MHz kvarc SMD 2,0 × 1,6 mm | 16 - 54 MHz | 60 - 120 Ω | 150 Ω | |||
| LRT kvarc SMD03025/4 | 8 - 60 MHz | 20 - 50 Ω | 80 Ω | |||
| LRT-Quartz SMD02016/4 | 16 - 60 MHz | 30 - 70 Ω | 100 Ω | |||
| MHz-es kvarc 5032 THT csomagban | 4 - 40 MHz | 20 - 40 Ω | 60 Ω |
Minősítési szabály
Ökölszabály a robusztus tervezéshez Ha az MCU egy maximális ESR_max_IC értéket ad meg, akkor a felhasznált kristály valós ESR értéke legfeljebb ennek az értéknek az 50-70 %-a lehet. Példa: Az MCU adatlapja szerint ESR_max = 70 Ω → kívánt kristály ESR 30 - 50 Ω. Ez tartalékot hagy a hőmérséklet- és öregedési driftre, az alkatrészek szórására és egy esetlegesen alacsony |-Rneg|. |
.
A hőmérséklet hatása az ESR-re
Az ESR alacsony hőmérsékleten magasabb. A 32,768 kHz-es kristályok esetében az ESR -40 °C-on a +25 °C-os érték 2-3-szorosára nőhet. MHz-es kristályok esetében a hőmérsékleti együttható jellemzően +10 - 20 % +25 °C és -40 °C között.
Ezért a következők érvényesek: A mérésnek és az adatlap értékelésének mindig a megadott hőmérsékleti tartományra kell kiterjednie.</p
| Kvarc | ESR +25 °C-on | ESR -40 °C-on (tip.) | Tényező | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 32,768 kHz alapértelmezett (verziótól függően) | 45 - 70 kΩ | 100 - 130 kΩ | ×2,2 - 2,9 | ||
| 32,768 kHz LRT-Low-ESR | 35 kΩ | 50 kΩ | ×2,0 - 2,6 | ||
| MHz szabvány 25 MHz | 40 Ω | 45 - 48 Ω | ×1.1 - 1.2 | ||
| LRT SMD03025/4, 25 MHz | 25 Ω | 28 - 30 Ω | ×1,1 - 1,2 |
Az ESR mérés gyakori hibái
Mérés helytelen meghajtási szint mellett: Az ESR meghajtásfüggő. Mindig tartsa be az adatlapon megadott mérési szintet.
A π hálózat hiányzó kalibrálása: 20-50 %-os szisztematikus hibákhoz vezet.
R1 és ESR keveredése: Az adatlapokon néha R1 (soros RLC-ág), néha ESR van megadva a terhelés rezonanciafrekvenciáján. Mindkettő némileg eltér egymástól (ESR ≈ R1 - (1 + C0/CL)²). Ellenőrizze, hogy melyik értékre gondol.
Körön belüli mérések az útvonalban szereplő parazita sávellenállások figyelembevétele nélkül.
LRT-technológia: Alacsony ESR alapfelszereltség
A PETERMANN-TECHNIK által szállított összes rezgőkristály az exkluzív LRT technológiát (Low ESR Resonator Technology) alkalmazza. Kialakításuknak köszönhetően ezek a kristályok nagyon alacsony ESR értékekkel rendelkeznek a teljes megadott hőmérsékleti tartományban, ami biztosítja, hogy az áramkör tervezője elegendő tranziens tartalékkal rendelkezzen még a modern, alacsony fogyasztású MCU-k gyenge oszcillátorfokozatai esetén is.
Bővebb információ
Az ESR jelentőségét a tranziens válasz szempontjából, valamint a negatív bemeneti ellenállással való összefüggést részletesen ismerteti a "Kristályok optimális hangolása IC-khez" című gyakorlati útmutató (F és F.3 szakasz). Ez a bejegyzés mérési gyakorlatot és konkrét határérték-ajánlásokat tartalmaz.</p
<p>Kérdései vannak a megvalósítással kapcsolatban
Frekvencia-szakértőink támogatják Önt a megfelelő kristály kiválasztásában, az áramkörében végzett mérésekben és a tervezéshez nyújtott támogatásban egészen a sorozatkiadásig.
- Kérjen műszaki tanácsot
- Beszélje meg velünk az alkalmazását
- Mintakristály meghatározása és megrendelése
- Kérjen alternatívát kereszthivatkozáson keresztül
.
Telefon: +49 8191 305395 Email: Megkeresés: Hívjon minket, ha van valami, amiben segíthetünk! info@petermann-technik.de
Az Ön sikere a mi célunk.
