石英晶体谐振频率测量系统电路设计

概述：
在石英晶振的生产过程中，切割后的晶振片需要对其共振频率进行快速测量，并通过 机械手按频率分选。本文介绍了一种结合单片机、直接数字频率合成器(DDS)和增益鉴相器的简单石英晶振共振频率检测系统，利用晶振阻抗随激励信号频率而 变化的特性，在100ms内测得其共振频率，控制成本的同时保证了一定的测量精度。

引言
石英晶振(quartz crystal unit，XTAL)简称晶振，是利用石英晶体的压电效应产生高精度振荡频率的一种被动电子元器件，广泛应用于现今的电子产品中。但在晶振的实际生产过程 中，将研磨到设计厚度的大片石英晶体切割成小片后，每片石英晶体的尺寸有着细微差别，导致不同晶振小片之间共振频率存在着差异。晶振在切割后必须先进行实 际共振频率的测定和分拣，以便后续加工。生产率和成本对测量精度和分拣速度都提出了很高的要求。现代化的专用测量-分拣设备要求在1 s以内完成晶片的抓取、测量与分类投放工作，其中机械臂的抓取、投放等机械运动要耗费大部分时间，故留给晶振片参数测量的时间要求远小于机械运动时间，即 在100 ms以内。
国内外最早使用网络分析仪来对晶振的电参数进行测量，以此对晶片进行分拣。但是网络分析仪是针对更大带宽、更普遍应用的实验仪器，用网络分析仪来测量晶振 的电参数，虽然能获得较高的精度与指标，但其投入也相当高。针对这样的实际应用，本文介绍了一种单片机、直接数字频率合成器(DDS)芯片、增益鉴相器芯 片组成的晶振谐振频率测量系统。本系统相对网络分析仪来说成本大大降低，且能满足设备的测量速度要求，现已应用于实际的晶振分拣设备中。

1 测量原理
石英晶体的电学行为与RLC电路释放类似，在链路应用中大致可以等效为图1所示的RLC电路。

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