DIN EN 60444-11-2011 Measurement of quartz crystal unit parameters - Part 11 Standard method for the determination of the load resonance frequency f and the effective load capacita.pdf

1、 DEUTSCHE NORMJuni 2011DIN EN 60444-11 ICS 31.140 Messung von Schwingquarz-Parametern Teil 11: Standardverfahren zur Bestimmung der Lastresonanzfrequenz fLund der effektiven Lastkapazitt CLeffmit automatischer Netzwerkanalysatortechnik und Fehlerkorrektur (IEC 60444-11:2010); Deutsche Fassung EN 604

2、44-11:2010 Measurement of quartz crystal unit parameters Part 11: Standard method for the determination of the load resonance frequency fLand the effective load capacitance CLeffusing automatic network analyzer techniques and error correction (IEC 60444-11:2010); German version EN 60444-11:2010 Mesu

3、re des paramtres des rsonateurs quartz Partie 11: Mthode normalise pour la dtermination de la frquence de rsonance la charge fLet de la capacit de charge efficace CLeffutilisant des analyseurs automatiques de rseaux et correction des erreurs (CEI 60444-11:2010); Version allemande EN 60444-11:2010 Ge

4、samtumfang 16 SeitenDKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. .Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mitGenehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e.V. , Berlin gestattet. Alleinverkauf der Normen

5、 durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Preisgruppe 13 www.din.de www.beuth.de !$nxi“1758570DIN EN 60444-11:2011-06 2 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2010-11-01 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2011-06-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC

6、 60444-11:2008-09. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 642 Piezoelektrische Bauteile zur Frequenzstabilisierung und -selektion“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 49

7、Piezoelectric and dielectric devices for frequency control and selection“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben is

8、t. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine A

9、bschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der

10、 zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgen

11、ommen. EUROPISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 60444-11 November 2010 ICS 31.140 Deutsche Fassung Messung von Schwingquarz-Parametern Teil 11: Standardverfahren zur Bestimmung der Lastresonanzfrequenz fLund der effektiven Lastkapazitt CLeffmit automatischer Netzwerkanalysatortechnik und

12、 Fehlerkorrektur (IEC 60444-11:2010) Measurement of quartz crystal unit parameters Part 11: Standard method for the determination of the load resonance frequency fLand the effective load capacitance CLeffusing automatic network analyzer techniques and error correction (IEC 60444-11:2010) Mesure des

13、paramtres des rsonateurs quartz Partie 11: Mthode normalise pour la dtermination de la frquence de rsonance la charge fLet de la capacit de charge efficace CLeffutilisant des analyseurs automatiques de rseaux et correction des erreurs (CEI 60444-11:2010) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 20

14、10-11-01 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser national

15、en Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eige

16、ner Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnlan

17、d, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CEN

18、ELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2010 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren,

19、sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 60444-11:2010 DDIN EN 60444-11:2011-06 EN 60444-11:2010 Vorwort Der Text des Schriftstcks 49/852/CDV, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 60444-11, ausgearbeitet von dem IEC/TC 49 Piezoelectric, Dielectric and Electrostatic Devices and Asso

20、ciated Materials for Frequency Control, Selection and Detection“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2010-11-01 als EN 60444-11 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELE

21、C sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2011-

22、08-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2013-11-01 Der Anhang ZA wurde von CENELEC hinzugefgt. _ Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 60444-11:2010 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm an

23、genommen. _ 2 DIN EN 60444-11:2011-06 EN 60444-11:2010 Inhalt SeiteVorwort 21 Anwendungsbereich42 Normative Verweisungen 43 Allgemeine Begriffe43.1 Lastresonanzfrequenzen fLrund fLa.43.2 Wirksame Lastkapazitt CLeff54 Bezugsebene und Prfbedingungen64.1 Allgemeines 64.2 Messprinzip.64.3 Bewertung der

24、Fehler 9Literaturhinweise13Anhang ZA (normativ) Normative Verweisungen auf internationale Publikationen mit ihren entsprechenden europischen Publikationen 14 Bilder Bild 1 Admittanz eines Schwingquarzes .5 Bild 2 XCals Funktion der Frequenz (gestrichelte Linie) in der Nhe von fL.8 Bild 3 Frequenzabh

25、ngigkeit der Quarzbelastung eines Schwingquarzes in einem -Netzwerk8 Bild 4 Fehler der Lastresonanzfrequenz aufgrund der Unsicherheit der gemessenen Spannungen (ausgezogene Linie) und der Kalibrierwiderstnde (gestrichelte Linie).10 Bild 5 CL-Fehler, der sich aus dem fL-Fehler (aufgrund der Ungenauig

26、keiten der gemessenen Spannungen und der Kalibrierwiderstnde) fr denselben Schwingquarz wie in Bild 4 ergibt10 Bild 6 Frequenzfehler aufgrund des Rauschens der gemessenen Spannungen11 Bild 7 Fehler der Lastresonanzfrequenz fLbei 30 pF und 10 pF bei typischen Ersatzparametern von Schwingquarzen11 Bil

27、d 8 Fehler von CLeffbei typischen Ersatzparametern von Schwingquarzen.12 3 DIN EN 60444-11:2011-06 EN 60444-11:2010 1 Anwendungsbereich Dieser Teil von IEC 60444 legt das Standardverfahren zur Messung der Lastresonanzfrequenz fLbeim Nennwert von CLund die Bestimmung der wirksamen Lastkapazitt CLeffb

28、ei der Nennfrequenz fr Schwing-quarze mit einer Parallelgte M 4 fest. M, nach Tabelle 1 von IEC 60122-1:2002, wird mit folgender Gleichung ausgedrckt: 011QMrCR= (1) Dies liefert im Frequenzbereich bis 200 MHz gute Ergebnisse. Dieses Verfahren erlaubt die Berechnung von Lastresonanz-Frequenzoffset fL

29、 Frequenzziehbereich fL1,L2und Ziehempfindlichkeit S, wie in 2.2.31 von IEC 60122-1:2002 beschrieben. Im Gegensatz zum einfachen Verfahren nach IEC 60444-4 wird bei diesem Messverfahren die Verwendung physikalischer Lastkondensatoren vermieden und eine hhere Genauigkeit, bessere Vergleichprzision u

30、nd Verknpfung zur Anwendung ermglicht. Mit diesem Verfahren wird die obere Frequenzgrenze von 30 MHz beim Verfahren nach IEC 60444-4 auf etwa 200 MHz erweitert. Dieses Verfahren beruht auf der fehlerkorrigierten Messtechnik nach IEC 60444-5:1995 und erlaubt die Messung von fLund CLeffgemeinsam mit d

31、er Bestimmung der Schwingquarz-Ersatzparameter in einer Abfolge ohne Wechsel der Prffassung. Bei diesem Verfahren wird die Frequenz fLgesucht, bei der die Reaktanz XCdes Schwingquarzes den entgegengesetzten Wert der Reaktanz der Lastkapazitt besitzt. CCLLL1XXC= = (2) Weiterhin lsst dieses Verfahren

32、die Bestimmung der wirksamen Lastkapazitt CLeffbei der Nennfrequenz fnomzu. 2 Normative Verweisungen Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwendung dieses Dokuments erforderlich. Bei datierten Verweisungen gilt nur die in Bezug genommene Ausgabe. Bei undatierten Verweisungen gilt die letzte

33、 Ausgabe des in Bezug genommenen Dokuments (einschlielich aller nderungen). IEC 60122-1:2002, Quartz crystal units of assessed quality Part 1: Generic specification IEC/TR 60444-4, Measurement of quartz crystal unit parameters by zero phase technique in a -network Part 4: Method for the measurement

34、of the load resonance frequency fL, load resonance resistance RLand the calculation of other derived values of quartz crystal units, up to 30 MHz IEC 60444-5:1995, Measurement of quartz crystal unit parameters Part 5: Methods for the determination of equivalent electrical parameters using automatic

35、network analyzer techniques and error correction 3 Allgemeine Begriffe 3.1 Lastresonanzfrequenzen fLrund fLaWie in Bild 1 ersichtlich, gibt es zwei Schnittfrequenzen, fLrmit hoher Admittanz (niedriger Impedanz) und fLamit niedriger Admittanz (hoher Impedanz), bei denen XC= XCList. 4 DIN EN 60444-11:

36、2011-06 EN 60444-11:2010 Die Lastresonanzfrequenz fList eine der beiden Frequenzen eines Schwingquarzes in Verbindung mit einer Reihen- oder Parallellastkapazitt, bei der die elektrische Admittanz (bzw. Impedanz) der Kombination reell ist. Die Lastresonanzfrequenz fList die tiefere der beiden Freque

37、nzen. In einer ersten Nherung kann fLberechnet werden mit: ( )L01L011L21CCCCCCLf + (3) N1)Bild 1 Admittanz eines Schwingquarzes 3.2 Wirksame Lastkapazitt CLeffCLeffist definiert durch die Reaktanz des Schwingquarzes bei der Nennfrequenz: ()Leffnom C nom1CX= (4) N1)Nationale Funote: Statt f, fLund 1R

38、 muss die Beschriftung im Bild richtig fr, fLrund r1“ heien. R5 DIN EN 60444-11:2011-06 EN 60444-11:2010 4 Bezugsebene und Prfbedingungen 4.1 Allgemeines Bezugsebene: wie in 8.4 von IEC 60444-5:1995. Prfbedingungen: Schwingquarzgehuse nicht geerdet. Quarzbelastung: Der Ausgangspegel des Generators

39、wird so eingestellt, dass der zu prfende Schwingquarz bei seiner (Reihen-)Resonanzfrequenz bei Nennbelastung gemessen wird. Die Messung bei der Lastresonanzfrequenz mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren fhrt zu einer Quarzbelastung, die aufgrund des relativ hohen Reaktanzwertes deutlich niedri

40、ger als bei der (Reihen-) Resonanzfrequenz ist. Aus diesem Grunde wird eine Korrekturmessung durchgefhrt; zu Einzelheiten siehe 4.2. 4.2 Messprinzip Es gelten die folgenden Messprinzipien: a) Kalibrierung Aufgrund der bei diesem Verfahren durchgefhrten Messungen hoher Impedanzen ist die Kalibrierung

41、 des Prfaufbaus mit besonderer Sorgfalt durchzufhren. hnlich wie in IEC 60444-5:1995 sind die folgenden drei bekannten Kalibrierelemente zu verwenden: 1) Kurzschluss (0 ) oder niederohmiger Widerstand; 2) Widerstand mit einem Nennwert von 25 oder 50 ; 3) Leerlauf (unendlicher Widerstand) oder Konden

42、sator mit einem Nennwert von 10 pF; dabei ist Z1die Impedanz des Kalibrierelements 1, Z2die Impedanz des Kalibrierelements 2, Z3die Impedanz des Kalibrierelements 3, U1die gemessene Spannung mit Kalibrierelement 1, U2die gemessene Spannung mit Kalibrierelement 2, U3die gemessene Spannung mit Kalibri

43、erelement 3. Die folgenden Parameter werden anschlieend fr die Messung der Schwingquarze verwendet: RTist die Abschlussimpedanz des -Netzwerks; Usist die fehlerkorrigierte Kurzschluss“-Spannung; Uoist die fehlerkorrigierte Leerlauf“-Spannung. b) Kalibrierung mit drei bekannten Kalibrierelementen: 1)

44、 Kalibrierung bei Kurzschluss; 2) Kalibrierung bei Last (25 oder 50 ); 3) Kalibrierung bei Leerlauf (oder 10-pF-Kalibrierkondensator). ()( ) ( )()()()12 1 2 23 2 3 31 3 1T12 3 23 1 32 2Z ZUUZZUUZZUURZU U ZU U ZU U+ + =+ + N2)(5) N2)Nationale Funote: Statt (U2 U2)“ muss es im Nenner der Gleichung (5)

45、 richtig (U1 U2)“ heien. 6 DIN EN 60444-11:2011-06 EN 60444-11:2010 () ( ) ( )()()()312 1 2 123 2 3 231 3 1s12 1 2 23 2 3 31 3 1UZZ U U UZZ U U UZZ U UUZZ U U ZZ U U ZZ U U+ + =+ + (6) ()( ) ( )()()()11 2 3 22 3 1 33 1 2o12 3 23 1 31 2ZUUU ZUUU ZUUUUZU U ZU U ZU U+ + =+ + (7) ANMERKUNG Wenn fr Z3der

46、 Wert unendlich (idealer Leerlauf) verwendet wird, fhren die Gleichungen (5), (6) und (7) zu nicht erlaubten Divisionen von unendlich durch unendlich. c) Messung einer Schwingquarzimpedanz ZcAus der mit dem Schwingquarz gemessenen Spannung Ucwird die Impedanz Zcdes Schwingquarzes berechnet mit: ( )(

47、)sccTcoUUZRUU=(8) d) Messverfahren fr fLBei der Lastresonanzfrequenz betrgt die Impedanz des Schwingquarzes: ZCL= RL+ jXc(9) Fr die Bestimmung der Lastresonanzfrequenz wird die Frequenz fLder unteren Frequenz gesucht, fr die die Gleichung (2) erfllt ist, d. h. XC+ XCL= 0 (10) Mit Netzwerkanalysatore

48、n ist die Frequenz fLleicht durch Anwendung der Funktion Marker search“ bestimmbar. e) Ermittlung von RLDie Berechnung des Lastresonanzwiderstands RLaus dem reellen Teil von Zcbei der Lastresonanz-frequenz fLmit der Gleichung: RL= Rc(L) = Re(Zc(L) (11) kann zu groer Ungenauigkeit fhren, weil besonde

49、rs bei Schwingquarzen fr niedrige Frequenzen der Winkel der Spannung Ucnahe 90 liegt. Dieses Verfahren fhrt nur fr 10LCLRXzu vernnftigen Ergebnissen. In allen anderen Fllen sollte RLmit der in IEC 60122-1 angegebenen Gleichung berechnet werden: 2L01L1+=CCRR (12) f) Messverfahren fr CLeff: Die Reaktanz