測試時鐘振蕩器

　　待測器件

　　晶振、壓控振蕩器和石英諧振器。頻率范圍從32kHz ~ 6GHz。多數(shù)器件采用表面貼裝型封裝，最常見尺寸為 7mmx5 mm。這些器件有多個輸出選擇，包括低壓差分信令（LVDS）、CMOS、正射極耦合邏輯（PECL）以及限幅正弦波。

　　挑戰(zhàn)

　　在工程實(shí)驗(yàn)室中對量產(chǎn)前的新振蕩器作評估。測量內(nèi)容包括頻率、抖動、相位噪聲、上升時間、下降時間、輸入電流、輸出功率和穩(wěn)定性。在-40℃ ~ +85℃ 的溫度范圍內(nèi)作溫度穩(wěn)定性測試。

　　工具

　　* Agilent 科技：數(shù)字萬用表、頻率計(jì)數(shù)器、相位噪聲測試儀、三端口電源。www.tm.agilent.com。
　　* Tektronix：示波器。 www.tektronix.com。

　　項(xiàng)目說明

　　Crystek (www.crystek.com) 位于佛羅里達(dá)州的 Ft. Myers，它制造晶振、壓控振蕩器和石英諧振器。這些器件為嵌入式系統(tǒng)中使用的微處理器、電信路由器以及其它應(yīng)用提供時序信號。在每款新產(chǎn)品發(fā)布以前，工程總監(jiān) Ramon Cerda 和一個工程師小組都要對部件作評估。

　　工程師要做的最關(guān)鍵測量是輸出頻率、抖動

和相位噪聲。他們使用的評估板帶有 SMA 連接器，上面有測試點(diǎn)并與測試設(shè)備相連。評估板亦帶有一個塑料夾具，用于固定振蕩器。

　　工程師們用一臺 10 位 RF 頻率計(jì)數(shù)器測量頻率，并且使用一臺 1 GHz、10 M 采樣/秒的示波器測量抖動、上升時間和下降時間。頻率計(jì)數(shù)器使用一個基于 GPS 的自制基準(zhǔn)時鐘。他們還要用一臺相位噪聲測試儀測量相位噪聲。

　　這些測量的困難來自于振蕩器的高輸出阻抗，對于正弦波和 CMOS 輸出的器件，這個值可高達(dá) 10kΩ。將測試時鐘的兩臺儀器連接到一個振蕩器的輸出端，器件上加的負(fù)載會過重。Cerda 警告說：“你不能用 T 型接頭將信號送給兩臺儀器。”Crystek 工程師沒有采用緩沖電路方法，而是使用示波器的緩沖模擬輸出，它是示波器輸入信號的復(fù)制品。

　　Crystek 的工程師用一個有源探頭來盡量減小電路的負(fù)載。有源探頭在振蕩器上的負(fù)載小于 1 pF。電路板上的一只 15 pF 電容可提供一個已知穩(wěn)定的負(fù)載。電源通過一只數(shù)字萬用表（DMM）連接到評估板，萬用表測出振蕩器的輸入電流。

　　對于正弦波輸出的器件，工程師測量振幅的峰/峰dBm值。對這些輸出達(dá)6GHz的器件，工程師們用一臺頻譜分析儀可以確定這些器件在頻域下的特性。對于方波輸出（輸出頻率達(dá) 200 MHz）的器件，工程師要測量上升時間、下降時間和占空比（45% ~ 55%）。示波器的抖動測量軟件用于測量循環(huán)之間的抖動以及周期抖動。

　　工程師在超出器件設(shè)定的溫度范圍下完成這些和其它測試。溫度循環(huán)范圍從-40℃ ~ +85℃。工程師在各種溫度下測量頻率、振幅和相位噪聲。另外，他們還要對變化的輸入電壓作測量，輸入電壓的變化范圍為標(biāo)稱電壓（5 V、3.3V 或 2.5V）的±10%。

　　收獲

　　Cerda 說：“當(dāng)測試有高輸出阻抗的晶振和其它器件時，測試設(shè)備可以加載待測器件。示波器必須有緩沖輸出?！?Cerda 再次對使用“T”型接頭提出警告，因?yàn)槭静ㄆ骱陀?jì)數(shù)器都會成為振蕩器輸出的負(fù)載，因此會改變輸出信號。他補(bǔ)充說：“還有一點(diǎn)也很重要，你的示波器要有足夠的帶寬，能精確地測量一個方波振蕩器的三次諧波。”