一种压控晶振频率跳点快速测量装置

技术领域

本发明涉及测量电变量领域，更具体的说是通过将电压的幅值转换为频率来进行频率测量，特别是指一种压控晶振频率跳点快速测量装置。

背景技术

压控晶振的核心部件是石英晶体谐振器，石英晶体谐振器普遍存在的技术问题是存在一定比例的频率跳点。石英晶体谐振器的理论温度频率曲线是平滑的三次曲线，频率跳点是在某些不特定温度下，频率出现突然跳变，过了这个温度后又回到三次曲线上。所以对于压控晶振，需要对频率跳点进行测量筛选。

传统压控晶振频率测试系统通过高低温箱控制温度，通过通道切换用计数器例如53131来进行频率测试。普遍存在测量频率速度较慢的缺点。以常用频率测试系统举例， 每个高低温箱放置1000颗产品，用安捷伦53131A进行频率计数，秒门通常设置为1秒门，-40摄氏度到85摄氏度每5摄氏度一个点共26个温度点，每个温度点恒温10分钟后用计数器进行频率测试。除去升降温，恒温时间为260分钟。1000颗产品，需要通过通道切换来进行测试，时间为1000秒，26个温度点为26000秒。加上升降温时间，一次完整的测试时间大概为720分钟。

由于只测了125度温度范围内的26个点，中间每5度间隔内的频率跳点也无法检测出，有较大的产品质量隐患。720分钟的测试周期造成高低温箱及计数器等高价值硬件系统的低效率使用。所以传统测量方式不但质量效果差，并且硬件利用率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种压控晶振频率跳点快速测量装置。该装置一方面能够快速密集测量压控晶振频率，在批量生产中实现将高低温测试数据准确高效的与产品相结合，从而精确、快速、有效地进行压控晶振在高低温环境下的频率跳点筛选，缩短压控晶振在高低温箱恒温的间隔时间，增加高低温箱及计数器等高价值硬件系统的利用率；另一方面，能够快速输出频率。

本发明采用的技术方案为：

一种压控晶振频率跳点快速测量装置，包括高低温箱和频率测量系统，所述频率测量系统包括处理器、频率综合器、锁相环、电压模数转换器以及多个工位，每个工位处均设有一个温度传感器；

所述频率综合器用于输出压控晶振产品范围内的各种频率；锁相环通过改变输出电压来变换压控晶振的频率，使压控晶振频率与频率综合器频率锁相；电压模数转换器测量锁相电压，得到在不同频率综合器频率下的锁相电压，形成频率电压对照表；温度传感器用于测量相应工位的温度；高低温箱进行温度变化操作，密集记录在升降温过程中各工位的温度以及锁相电压；处理器通过锁相电压与频率的对应关系，得出温度变化过程中的频率，从而进行频率跳点判断。

与现有技术相比，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明通过利用测量锁相环电压来计算压控晶振的频率，实现了压控晶振频率跳点的快速测量。

2、本发明利用单工位温度传感器测量压控晶振温度的方法，能够将传统720分钟左右的测试流程缩短到总流程30分钟内完成，提高了设备利用率。

3、本发明利用频率综合器改变频率来采集对应锁相环电压变化方式取得压控晶振频率电压曲线的方法，能够使产品的频率采样密度由5度每次变为5度6000次，采样密度的提升保证了产品品质。

附图说明

图1为本发明一种压控晶振频率跳点快速测量装置的结构示意图。

图2为本发明一种压控晶振频率跳点快速测量装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点更加清楚和容易理解。

一种压控晶振频率跳点快速测量装置，如图1所示，包括高低温箱和频率测量系统，所述频率测量系统包括处理器、频率综合器、锁相环、电压模数转换器以及多个工位，每个工位处均设有一个温度传感器；

所述频率综合器用于输出压控晶振产品范围内的各种频率；锁相环通过改变输出电压来变换压控晶振的频率，使压控晶振频率与频率综合器频率锁相；电压模数转换器测量锁相电压，得到在不同频率综合器频率下的锁相电压，形成频率电压对照表；温度传感器用于测量相应工位的温度；高低温箱进行温度变化操作，密集记录在升降温过程中各工位的温度以及锁相电压；处理器通过锁相电压与频率的对应关系，得出温度变化过程中的频率，从而进行频率跳点判断。

其中，压控晶振的特性是当输入电压变化时，频率就随之变化。

频率综合器是一种在一定范围内可以输出任意频率的装置。

锁相环可以自动对比频率综合器与压控晶振频率的差别，从而调节压控晶振的输入电压来改变压控晶振频率，从而让压控晶振频率与频率综合器的频率一致。

电压模数转换（以下简称AD）可以测量锁相环向压控晶振输出的电压，每秒采集次数可达100次以上。

本装置利用了压控晶振的电压频率特性，利用频率综合器的频率变化、锁相环进行锁相、AD进行电压测量从而进行快速频率测量。

本装置可将放入高低温箱的晶体，通过锁相环快速锁频方式，实现每0.01秒一次的快速测量，通过单工位的温度传感器实现每只产品的实时温度采集。

其工作过程包括如下步骤：

(1)通过频率综合器频输出压控晶振需测量频率范围内的各种频率。

(2)通过锁相环改变输出电压来变换压控晶振频率从而使压控晶振输出频率与频率综合器频率锁相，也就是频率相同。

(3)通过AD测量锁相电压，得到在不同频率综合器频率下的锁相电压，形成频率电压对照表。

(4)高低温箱进行温度变化操作，密集记录在升降温过程中记录工位温度与锁相电压。

(5)通过锁相电压与频率对应关系，得出温度变化过程中的频率，从而进行频率跳点判断。

本装置能够利用频率综合器改变频率来采集对应锁相环电压变化方式取得压控晶振频率电压曲线，利用测量锁相环电压来计算压控晶振频率，利用单工位温度传感器测量压控晶振温度。

下面以某批次压控晶振的高低温频率测试数据为例，对本装置进行详细说明。该实施例对应用于其它批次的压控晶振的高低温频率测试同样具有指导作用。

本实施例中，一个批次的压控晶体谐振器有1000只。

本实施例中的高低温箱采用测试系统选用国产可调节温度在-55~150℃的设备，此设备可进行高低温状态下晶振产品的参数测试。

本实施例中的温度传感器主要用于实时传送低温箱几个位置点的实时温度。

本实施例中的锁相环根据不同压控晶振的型号设置不同参数。

本实施例中，温度采样率以100Hz采样率输出温度值。

本实施例中，频率采样率以100Hz采样率输出频率值。

如图2所示，具体测量步骤如下：

步骤一：连接高低温箱的电源开关，并打开高低温箱；

步骤二：设置高低温箱温度下限位为-40℃。上限为125℃。

步骤三：将待测压控晶振分别放置在高低温箱内各个测量单元上，将产品按照工位号和插盘号的顺序放入到高低温箱中，高低温箱一共5层，每层200只产品；

步骤四：将温度传感器的引线，连接在产品托盘的上下左右中心的5个位置，另一端连接到数据采集模块上；

步骤五：锁相环与频率端相连，用于接收频率用于与标频的相位对比；

步骤六：锁相环与工位测量座的压控端相连，用于进行电压锁相控制；

步骤七： AD与压控端相连，用于记录电压。

步骤八：频率综合器与各工位锁相环连接，用于向锁相环输出标准频率；

步骤九：接通频率综合器电源，打开频率综合器开关；

步骤十：设置频率综合器为产品频率下限，记录频率值。

步骤十一：产品进行自动锁相；

步骤十二：采集数据模块记录此时AD的输出值；

步骤十三：设置频率综合器输出频率比上次高0.01ppm，记录频率值；

步骤十四：产品进行自动锁相；

步骤十五：记录此时AD值；

步骤十六：以0.01秒刷新率重复（步骤十三）-（步骤十五），直至频率达到产品频率上限；

步骤十七：根据生成的频率、电压数据，进行拟合，得到每只产品的频率、电压曲线。

以上为准备阶段，下面介绍程序的运行阶段：

步骤十八：设置频率综合器为产品标准频率。

步骤十九：将高低温箱设置从-40到85度之间，以5度/分钟的速率进行升温；

步骤二十：记录在高低温箱从-40到85度升温的过程中，以0.01秒刷新率，记录温度传感器数据及锁相电压数据；

步骤二十一：把记录的锁相电压，转换为产品频率。

步骤二十二： 把记录的温度传感器数据与产生的频率数据进行合并，形成了频率-温度曲线。

步骤二十三：根据生成的频率-温度曲线，按照规格要求对产品品质进行判断。

步骤二十四：将所获得的原始数据和判定结果在人机交互界面显示。

传统测量方式与本测量方式的对比见下表：

表1 传统测量方式与本测量方式对比表

以上所述仅为具体实施例之一，不同型号产品，设置参数会略有差异。

总之，本发明利用锁相环、频率综合器与压控晶振形成锁相，通过电压模数转换测量锁相电压，快速输出频率，实现了0.01秒每次的快速测量。同时，每只产品实时温度采集，不用进行恒温等待，从而使传统720分钟的测试流程，缩短到总流程30分钟内就可以完成。

本发明的核心点是通过测量锁相后的电压来计算频率，单工位温度传感器配合密集温度采集。此方法可提高20倍以上频率测量效率，频率采集密度提高5000倍以上，同时节约了硬件成本，为低成本大批量频率dip测试生产奠定了基础。

本发明能够快速密集在高低温环境测量压控晶振频率，提高了压控晶振的频率跳点筛选水平，缩短了压控晶振在高低温箱恒温的间隔时间，增加高低温箱及计数器等高价值硬件系统的利用率。

需要说明的是，如果想对压控晶振频率跳点进行筛选，必须对频率进行密集测试，在现有技术中，没有简单有效的快速频率测量方法。本发明将锁相及AD电压测量应用到压控压控晶振频率测量中，并通过研究摸索出一套快速频率测量方法。数据证明，采用本方法快速测量压控压控晶振频率是有效的，并且具有频率采集密度高、硬件成本节省等特点，是现有技术的创新，尤其对压控晶振的频率跳点测试及相关产业具有重要贡献。本发明中的参数设置不能看作是本领域技术人员惯用的常规技术手段，而是本发明的重要技术特征，而本发明方法整体上则是对现有技术的一种创造性贡献。