石英晶體單元的主要用途之一,就是為電子產品提供計時、參考頻率與頻率控制等功能。這類應用對于輸出頻率的準確性有很高的要求,因此為了避免產品出廠后因石英晶體振蕩電路系統的偏差,造成某些功能運作失常的現象,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,才能在設計階段就先進行線路調整,以達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前的標準驗證程序之一。避免在量產后才發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行正確的測量。產品制造商本身很難做的到,即使是一般的驗證實驗室也力有未逮。要進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,實驗室也必須具備能提供極高精準度參考頻率的儀器如原子鐘,而非一般實驗室使用的 OCXO 等級儀器。

另一個關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生嚴重的電容效應(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。主動式探棒的成本高,但本身的電容效應低,只有 1-2pF。除了使用主動式探棒之外,SCTF 進一步設計出非接觸式的的量測方式,可以將量測時對線路負載的影響降到最低,可量測分析到實際的線路振蕩特性。

全球符合上述條件的實驗室屈指可數,即使是專精石英技術的 SCTF,過去也只在日本總公司才有這樣的實驗室與人才。對于國內的電子廠商來說,雖然有做回路分析的需求,但往往因為送日本測試的時間成本耗費太大,讓產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格實驗室(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。目前測試的產品類型從 PC 主機板、手機到各種消費性電子設備都有。

此實驗室能針對廠商設計的振蕩線路提供頻率容許誤差、驅動功率以及負性阻抗的量測,并提出頻率調整電容的建議值報告。除了這些基本量測外,實驗室也會針對不同的應用進行進階的分析服務,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開始運作的時間,以及振蕩線路可以工作的電壓范圍等。振蕩線路設計建議。

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