DIN EN 60444-1-2000 Measurement of quartz crystal unit parameters by zero phase technique in a -network - Part 1 Basic method for the measurement of resonance frequency and resonan.pdf

1、ICS 31.140Measurement of quartz crystal unit parameters by zero phasetechnique in a p-network Part 1: Basic method for themeasurement of resonance frequency and resonance resistanceof quartz crystal units by zero phase technique in a p-network(IEC 60444-1:1986 + A1:1999);German version EN 60444-1:19

2、97 + A1:1999Mesure des paramtres des quartz pizolectriques par latechnique de phase nulle dans le circuit en p Partie 1: Mthodefondamentale pour la mesure de la frquence de rsonance et dela rsistance de rsonance des quartz pizolectriques par latechnique de phase nulle dans le circuit en p(CEI 60444-

3、1:1986 + A1:1999);Version allemande EN 60444-1:1997 + A1:1999Die Europische Norm EN 60444-1:1997 hat den Status einer Deutschen Norm;einschlielich der eingearbeiteten nderung A1:1999, die von CENELEC getrenntverteilt wurde.Beginn der GltigkeitDie EN 60444-1 wurde am 1997-03-11 angenommen.Die nderung

4、 A1 wurde am 1999-10-01 angenommen.Daneben darf die DIN EN 60444-1:1997-10 noch bis 2002-10-01 angewendet werden.Nationales VorwortFr die vorliegende Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 642 Piezoelektrische Bauteile zurFrequenzstabilisierung und -Selektion“ der Deutschen Elektrotechnischen Kommi

5、ssion im DIN undVDE (DKE) zustndig.Der Entwurf war verffentlicht als E DIN IEC 49/316/CD:1996-03.DEUTSCHE NORMEN 60444-1 DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V., Berlin, gestattet.Alleinverk

6、auf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinRef. Nr. DIN EN 60444-1:2000-09Preisgr. 15 Vertr.-Nr. 2515Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE (DKE)September 2000Messung von Schwingquarz-Parametern nach demNull-Phasenverfahren in einem p-NetzwerkTeil 1: Verfahren zur Messung der

7、Resonanzfrequenz und des Resonanzwiderstandesvon Schwingquarzen nach dem Null-Phasenverfahren in einem p-Netzwerk(IEC 60444-1:1986 + A1:1999) Deutsche Fassung EN 60444-1:1997 + A1:1999Fortsetzung Seite 2und 24 Seiten ENDiese Norm enthlt die deutsche bersetzung der Internationalen Norm IEC 60444-1Ers

8、atz frDIN EN 60444-1:1997-10siehe jedochBeginn der GltigkeitnderungenGegenber DIN EN 60444-1:1997-10 wurden folgende nderungen vorgenommen:Die bei IEC erschienene nderung A1:1999 zur IEC 60444-1:1986, die inzwischen als nderung A1:1999zur EN 60444-1:1997 ratifiziert ist, wurde eingearbeitet. Die nde

9、rungen aus A1 sind mit einem einfachenRandstrich gekennzeichnet.Durch A1 wird der folgende Abschnitt hinzugefgt:Anhang B Aktualisierung einiger Formeln des Anhangs AFrhere AusgabenDIN EN 60444-1: 1997-10Nationaler Anhang NA(informativ)Zusammenhang mit Europischen und Internationalen NormenFr den Fal

10、l einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabedes Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) beziehtsich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm.Fr den Fall einer datierten

11、 Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die inBezug genommene Ausgabe der Norm.Der Zusammenhang der zitierten Normen und anderen Unterlagen mit den entsprechenden DeutschenNormen und anderen Unterlagen ist nachstehend wiedergegeben. Zum Zeitpunkt der Verffentlichungdiese

12、r Norm waren die angegebenen Ausgaben gltig.IEC hat 1997 die Benummerung der IEC-Publikationen gendert. Zu den bisher verwendeten Normnum-mern wird jeweils 60 000 addiert. So ist zum Beispiel aus IEC 68 nun IEC 60068 geworden.Europische Norm Internationale Norm Deutsche NormKlassifikation imVDE-Vors

13、chriftenwerkEN 60444-3:1997 IEC 60444-3:1986 DIN EN 60444-3:1997-10 Nationaler Anhang NB(informativ)LiteraturhinweiseDIN EN 60444-3:1997-10, Messung von Schwingquarz-Parametern nach dem Null-Phasenverfahren ineinem p-Netzwerk Teil 3: Verfahren der Messung der Zwei-Pol-Parameter von Schwingquarzen bi

14、s200 MHz nach dem Phasenverfahren in einem p-Netzwerk mit Kompensation der Parallelkapazitt C0.Seite 2DIN EN 60444-1:2000-09Deutsche FassungICS Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 BrsselEUROPISCHES KOMITEE FR ELEKTROTECHNISCHE NORMUNGEUROPEAN COMMITTEE FOR ELECTROTECHNICAL STANDARDIZATION

15、COMIT EUROPEN DE NORMALISATION ELECTROTECHNIQUEMessung von Schwingquarz-Parametern nach demNull-Phasenverfahren in einem p-NetzwerkTeil 1: Verfahren zur Messung der Resonanzfrequenz und des Resonanzwiderstandesvon Schwingquarzen nach dem Null-Phasenverfahren in einem p-Netzwerk(IEC 60444-1:1986 + A1

16、:1999)Measurement of quartz crystal unit parameters byzero phase technique in a p-network Part 1: Basic method for the measurement ofresonance frequency and resonance resistance ofquartz crystal units by zero phase technique in ap-network (IEC 60444-1:1986 + A1:1999)Mesure des paramtres des quartz p

17、izolectriquespar la technique de phase nulle dans le circuit en p Partie 1: Mthode fondamentale pour la mesure de lafrquence de rsonance et de la rsistance dersonance des quartz pizolectriques par latechnique de phase nulle dans le circuit en p(CEI 60444-1:1986 + A1:1999)Diese Europische Norm wurde

18、von CENELEC am 1997-03-11, das A1 am 1999-10-01 angenommen.Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungenfestgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zugeben ist.Auf dem letzten Stand

19、 befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beimZentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich.Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in eineranderen Sprache, die vo

20、n einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landes-sprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellenFassungen.CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Dnemark, Deutschla

21、nd, Finn-land, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Luxemburg, Niederlande, Norwegen, sterreich, Portugal,Schweden, Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Knigreich. 1999 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchemVerfahren, sind

22、weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten.Ref. Nr. EN 60444-1:1997 + A1:1999 DEN 60444-1Oktober 1999 April 1997+A1Seite 2EN 60444-1:1997 + A1:1999VorwortDer Text der Internationalen Norm IEC 60444-1:1986, ausgearbeitet von dem IEC TC 49 Piezoelectricand dielectric devices for frequency contro

23、l and selection“, wurde der formellen Abstimmung unterworfenund von CENELEC am 1997-03-11 ohne irgendeine Abnderung als EN 60444-1 angenommen.Nachstehende Daten werden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebenedurch Verffentlichung einer identischen nationalen Normoder durch Aner

24、kennung bernommen werden muss (dop): 1997-12-01 sptestes Datum, zu dem die nationalen Normen, die derEN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 1997-12-01AnerkennungsnotizDer Text der Internationalen Norm IEC 60444-1:1986 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderungals Europische Norm angeno

25、mmen.Vorwort A1Der Text des Schriftstcks 49/442/FDIS, zuknftige nderung 1 zu IEC 60444-1, ausgearbeitet von demIEC TC 49 Piezoelectric and dielectric devices for frequency control and selection“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 1999-10-01 als nderung A1 zuE

26、N 60444-1:1997 angenommen.Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebenedurch Verffentlichung einer identischen nationalen Normoder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2000-07-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die dernderung entgegensteh

27、en, zurckgezogen werden mssen (dow): 2002-10-01AnerkennungsnotizDer Text der nderung 1:1999 zur Internationalen Norm IEC 60444-1:1986 wurde von CENELEC alsnderung zur Europische Norm ohne irgendeine Abnderung angenommen.InhaltSeite1 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28、 . . . . . . . . . . . . . 32 Definition der Resonanzfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Bezugsebene und Abschirmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 Messprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29、. . . . . 35 Messschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35.1 Das p-Netzwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45.2 Zubehr zum p-Netzwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30、. . . . 65.3 Bentigte Messgerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Messverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.1 Grundkalibrierung des p-Netzwerkes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96.2

31、Messung der Frequenz und des Widerstandes . . . . . . . . . . . . . . . . 10Anhang A Zusatzinformationen zur Messunsicherheit . . . . . . . . . . . . . . 11Anhang B (normativ) Aktualisierung einiger Formelndes Anhangs A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Seite 3EN 60444-1:1997 +

32、 A1:19991 AnwendungsbereichDie vorliegende Norm beschreibt ein Verfahren zur Messung der Resonanzfrequenz und des Resonanz-widerstandes von Schwingquarzen und ein hierfr geeignetes Messnetzwerk.Das Messverfahren und das Netzwerk sind geeignet fr den Frequenzbereich von 1 MHz bis 200 MHz.Die relative

33、 Unsicherheit liegt in der Grenordnung 106bei einer Wiederholgrenze von 106bis 108. Siehngt von den Parametern des zu messenden Schwingquarzes ab. Die relative Unsicherheit bei derMessung des Resonanzwiderstandes liegt bei t2 % bis t5 %, je nach Unsicherheit der Spannungs-messung.Aufgrund des Einflu

34、sses der Parallelkapazitt C0des Schwingquarzes ist das beschriebene Messver-fahren oberhalb etwa 100 MHz mit Einschrnkungen anwendbar. Um das Messverfahren auch beihheren Frequenzen einsetzen zu knnen, ist es notwendig, ein Verfahren zur Kompensation von C0zubenutzen.Ein geeignetes Verfahren zur C0-

35、Kompensation wird in IEC 444-3 (IEC Report) beschrieben.ANMERKUNG Die nderungen des Messsystems und des Netzwerkes in der vorliegenden Norm wurden durch-gefhrt, um sicherzustellen, dass die in ihr angegebenen Forderungen erfllt werden. Netzwerke entsprechend derErstausgabe der Norm sind jedoch als i

36、nternationaler Standard zur Messung der Resonanzfrequenz frund desResonanzwiderstandes Rrzugelassen. Wenn die Bezugswiderstnde der vorliegenden Norm so abgendert wer-den, dass sie in die Netzwerke der Erstausgabe der IEC 444 eingesetzt werden knnen, ist das Problem geeigneterBezugswiderstnde befried

37、igend gelst.2 Definition der ResonanzfrequenzDer Schwingquarz wird als Dreipol-Netzwerk mit dem komplexen bertragungsleitwert Y12= G12+ jB12,wie in Anhang A, A.1.1 beschrieben, betrachtet.Das Schwingquarzgehuse wird als Masseanschluss angesehen.Der dritte Anschluss von Schwingquarzen im Glasgehuse i

38、st in Abschnitt 3 definiert.Die Resonanzfrequenz ist definiert als die niedrigere der beiden Frequenzen des Schwingquarzes, beidenen B12unter Messbedingungen gleich Null ist.Bei dieser Frequenz ist der Resonanzwiderstand 1/G12= Rr.3 Bezugsebene und AbschirmungUm den Einfluss der Induktivitten der Sc

39、hwingquarzanschlsse zu bercksichtigen, ist es notwendig, dieLage der Bezugsebene festzulegen, in der die Messungen durchzufhren sind. Die Ebene ist, wenn nichtanders vereinbart, 2mm von der Stelle entfernt, bei der die Anschlsse aus der Bodenplatte desSchwingquarzgehuses austreten. Bei Schwingquarze

40、n mit Glasgehuse wird der dritte Anschluss durcheine Abschirmkappe aus Metall nachgebildet. Die Kappe hat innen eine Hhe von 27 mm sowie eineBodenflche von 40 mm 40 mm und ist oben verschlossen. Der Schwingquarz befindet sich in der Mitteder Bodenflche der Abschirmkappe.4 MessprinzipDie Messung redu

41、ziert sich auf eine Zweipol-Impedanzmessung, wenn der Schwingquarz in dasp-Netzwerk eingesetzt wird (siehe Bild 1).Die Phase des bertragungsleitwertes des Schwingquarzes wird mit einem Phasenmessgert angezeigt,dessen Anschlsse mit dem p-Netzwerk verbunden sind. Die Frequenz, bei der die Phase Null i

42、st, wirdgemessen.Die Nullstellung des Phasenmessgertes wird kalibriert, indem anstelle des Schwingquarzes einBezugswiderstand in das p-Netzwerk eingesetzt wird. Der Wert des Resonanzwiderstandes kann aus denMesswerten der Spannung der Kanle A und B berechnet werden.5 MessschaltungDie Messschaltung b

43、esteht im Wesentlichen aus einem p-Netzwerk, das durch koaxiale Leitungen mit denMessgerten verbunden ist (siehe Bild 1).Seite 4EN 60444-1:1997 + A1:1999ANMERKUNG 1 Das 30-dB-Dmpfungsglied im Kanal A wird bei bestimmten Phasen- und Spannungs-messgerten empfohlen.ANMERKUNG 2 Der Phasenschieber im Kan

44、al B dient dazu, die elektrischen Lngen beider Kanle auszugleichen.(Mit einem Phasenschieber variabler Lnge bei konstanter Impedanz kann erreicht werden, dass die Kalibrierung derPhase ber weite Frequenzbereiche erhalten bleibt.)ANMERKUNG 3 Bei einigen Generatoren empfiehlt sich die Benutzung eines

45、Filters, um den Oberwellengehalt nachden in 5.3.1.1 angegebenen Anforderungen abzuschwchen.Bild 1Es muss betont werden, dass die Genauigkeit des Messverfahrens in erster Linie von der Konstruktiondes p-Netzwerkes bestimmt wird, whrend die Gerte, die zum Aufbau des Messsystems verwendetwerden, je nac

46、h Anforderungen mehr oder weniger aufwendig ausgestattet sein knnen. Im Folgendenwerden daher nur die wesentlichen Eigenschaften der einzelnen Gerte angegeben (siehe 5.3).5.1 Das pp-Netzwerk5.1.1 Elektrische Eigenschaften5.1.1.1 SchaltungBild 2R2= R6= 159 V (Scheibenwiderstand)R3= R5= 14,2 V (Scheib

47、enwiderstand)R4= R7= 66,2 V (Stabwiderstand)Grenzabweichung: t1%.Ct1= Ct2= 0,5 pF bis 5 pF (Lufttrimmer)Phasen- undSpannungsmessgertFrequenz-messgertSeite 5EN 60444-1:1997 + A1:1999ANMERKUNG Die Eingangs- und Ausgangsnetzwerke haben zwei Aufgaben:a) Anpassung der Quarzimpedanz an die angeschlossenen

48、 Messgerte;b) Abschwchung von Reflexionen der angeschlossenen Messgerte.5.1.1.2 Der Frequenzbereich ist 1 MHz bis 200 MHz.5.1.1.3 Das logarithmische Verhltnis der im Kanal B mit Kurzschlussstck im p-Netzwerk bzw. beioffenem p-Netzwerk gemessenen Wechselspannungen wird bersprechdmpfung“ des p-Netzwer

49、ksgenannt. Die bersprechdmpfung ac (in dB) ist gegeben durch den Ausdruck:ac= 20log BoBsUUHierbei ist UBsdie Spannung im Kanal B mit Kurzschlussstck im p-Netzwerk und UBodie Spannung imKanal B ohne Kurzschlussstck im p-Netzwerk. Bei Messung in der Messanordnung nach Bild 1 mit derMessfrequenz 100 MHz muss die bersprechdmpfung 60 dB sein.5.1.1.4 Im Frequenzbereich 1 MHz bis 200 MHz darf bei de