DIN EN 60444-3-1997 Measurement of quartz crystal unit parameters by zero phase technique in a pi-network - Part 3 Basic method for the measurement of two-terminal parameters of qu.pdf

1、 STD-DIN DIN EN bULiLiq-3-GERH L977 W 279LiLiLib Ob7Lq7b 888 DEUTSCHE NORM Oktober 1997 Messung von Schwingquarz-Parametern nach dem Null-Phasenverahren in von Schwingquarzen bis 200 MHz nach dem Phasenverfahren in einem 7c-Netzwerk mit Kompensation der Parallelkapazitt Co (IEC 444-3 : 1986) Deutsch

2、e Fassung EN 60444-3 : 1997 einem .n-Netzwerk -Teil 3: Verfahren zur Messung der Zwei-Pol-Parameter DIN - EN 60444-3 Diese Norm enthlt die deutsche bersetzung der Internationalen Norm I EC 444-3 Europische Norm Internationale Norm EN 60444-1 : 1997 IEC 444-1 : 1986 ICs 31.140 Ersatz fr DIN IEC 444-3

3、 : 1993-01 Klassifikation im VDE-Vorschriftenwerk Deutsche Norm DIN EN 60444-1 : 1997-10 - Deskriptoren: Messung, n-Netzwerk, Schwingquarz, Parameter Measurement of quartz crystal unit parameters by zero phase technique in a re-net- work - Part 3: Basic measurement for the measurement of two-termina

4、l parameters of quartz crystal units up to 200 MHz by phase technique in a n-network with compensation of the parallel capacitance Co (IEC 444-3 : 1986); German version EN 60444-3 : 1997 Mesure des paramtres des quartz pizolectriques par la technique de phase nulle dans le circuit en 5c - Partie 3:

5、Mthode fondamentale pour la mesure des paramtres deux ples des rsonateurs quartz la frquence jucqu 200 MHz par la technique de phase dans le circuit en re avec compensation de la capacit parallle Co (CE1 444-3 : 1986); Version allemande EN 60444-3 : 1997 Die Europische Norm EN 60444-3 : 1997 hat den

6、 Status einer Deutschen Norm. Nationales Vorwort Fr die vorliegende Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 642 “Piezoelektrische Bauteile zur Frequenzstabilisierung und -Selektion” der Deutschen Elektrotechnischen Kommission im DIN und VDE (DKE) zustndig. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im

7、 normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, 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

8、 bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ist nachstehend wiedergegeben. Zum Zeitpunkt der Verffentlichung dieser Norm waren die angegebenen Ausgaben gltig. nderungen Gegenber DIN IEC

9、444-3 : 1993-01 wurden folgende nderungen vorgenommen: - EN 60444-3 : 1997 bernommen. Frhere Ausgaben DIN IEC 444-3: 1993-01 Nationaler Anhang NA (informativ) Literaturhinweise DIN EN 60444-1 Messung von Schwingquarz-Parametern nach dem Null-Phasenverfahren in einem x-Netzwerk; Teil 1 : Verfahren zu

10、r Messung der Resonanzfrequenz und des Resonanzwiderstandes nach dem Null-Phasenverahren in einem re-Netzwerk (IEC 444-1 : 1986); Deutsche Fassung EN 60444-1 : 1997 Fortsetzung 11 Seiten EN Deutsche Elektrotechnische Kommission im DIN und VDE (DKE) I D DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. . Jede

11、Art der Vervieifltigung, auch auszugsweise, Ref. Nr. DIN EN 60444-3 : 1997. nur mit Genehmigung des DIN Deutsches institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet. Preisgr. O9 Vertc-Nr. 2509 Aileinverkaul der Normen durch Beulh Verlag GmbH, 10772 Berlin STD-DIN DIN EN b0444-3-GERM 1797 277444b Ob71477 7

12、LLi = EUROPAISCHE NORM EUROPEAN CTANDARD NORME EUROPEENNE EN 60444-3 April 1997 Deskriptoren: Schwingquarze, Messung von Kennwerten, Null-Phasenverfahren in einem Ir-Netzwerk, grundlegendes Verfahren, Zwei-Pol-Parameter, Kompensation der Parallelkapazitt, Meschaltung Deutsche Fassung Messung von Sch

13、wingquarz-Parametern nach dem Null-Phasenverahren in einem x-Netzwerk -Teil 3: Verfahren zur Messung der Zwei-Pol-Parameter von Schwingquarzen bis 200 MHz nach dem Phasenverfahren in einem x-Netzwerk mit Kompensation der Parallelkapazitt Co (IEC 444-3 1986) Measurement of quartz crystal unit parame-

14、 Mesure des paramtres des quartz pi- ters by zero phase technique in a n-network - zolectriques par la technique de phase nulle Part 3: Basic measurement for the measure- dans le circuit en n - Partie 3: Mthode fon- ment of two-terminal parameters of quartz damentale pour la mesure des paramtres cry

15、stal units up to 200 MHz by phase tech- deux ples des rsonateurs quartz la fr- nique in a n-network with compensation of quence jusqu 200 MHz par la technique de the parallel capacitance Co (IEC 444-3 : 1986) phase dans le circuit en a avec compensation de la capacit parallle Co (CE1 444-3 : 1986) D

16、iese Europische Norm wurde von CENELEC am 1997-03-1 1 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEWCENELEC-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 letz

17、ten Stand befindliche Listen dieser nationalen 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 Spr

18、ache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener 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, Dnema

19、rk, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Luxemburg, Niederlande, Notwegen, sterreich, Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, Tschechische Republik und dem Vereinigten Knigreich. CENELEC EUROPISCHES KOMITEE FR ELEKTROTECHNISCHE NORMUNG European Committee for Electr

20、otechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel O 1997 CENELEC - Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 60444-3 :

21、1997 D Seite 2 EN 60444-3 : 1997 Vorwort Der Text der Internationalen Norm IEC 444-3 : 1986, ausgearbeitet von dem IEC TC 49 “Piezoelectric and dielectric devices for frequency control and selection“, wurde der formellen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 1997-03-1 1 ohne irgend- eine Abnderu

22、ng afs EN 60444-3 angenommen. Nachstehende Daten werden festgelegt: - sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer (dop): 1997-12-01 - sptestes Datum, zu dem die nationalen Normen, die der EN entgegenstehen, (dw): 1997-1 2-01 identischen nationalen Norm oder durch A

23、nerkennung bernommen werden mu zurckgezogen werden mssen Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 444-3 : 1986 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen: Inhalt Seite Seite 1 Anwendungsbereich 2 2 Co-Kompensationsschaltung 3 2.1 Elektrische Angaben 3 2

24、2 Mechanische Angaben . 5 3 Schwingquarz-Parameter mit und ohne C,-Kompensation 5 3.1 Serienresonanzfrequenzf, und Resonanz- frequenz Teil 1 : Verfahren zur Messung der Resonanzfrequenz und des Resonanzwiderstandes von Schwingquarzen nach dem Null-Phasenverfahren in einem x-Netzwerk, beschrieben is

25、t. Das wesentlich Neue ist die Kompensation der statischen Parallelkapazitt Co des Schwingquarzes mit Hilfe einer Induktivitt bei der Resonanzfrequenz des Schwingquarzes. In dieser Norm sind zwei mgliche Kompensationsschaltungen fr Co im Detail beschrieben. Die Kompensation kann in unter- schiedlich

26、er Weise durchgefhrt werden. Zum Beispiel mit diskreter Induktivitt und Kapazitt oder mit einer Leitung und beweglichem Kurzschluschieber. Die Anforderungen an diese Kompensationsschaltungen und das Meverfahren sind die gleichen. STD-DIN DIN EN b0444-3-GERM 1997 m 279444b Ob7LLi99 597 Seite 3 EN 604

27、44-3 : 1997 2 Co-Kompensationsschaltung 2.1 Elektrische Angaben In der Nhe seiner Resonanzfrequenz kann ein Schwingquarz durch die Ersatzschaltung nach Bild 1 dargestellt werden, wobei Co durch eine variable Induktivitt L, kompensiert wird. Diese Induktivitt kann aus einem Parallel-Resonanzkreis bes

28、tehen, der elektrisch abgestimmt werden kann. / Bild 1: Ersatzschaltung eines Schwingquarzes mit Kompensation von Co (Die Verluste von L, werden durch R, dargestellt) Die komplexe Impedanz 2 = R + jX eines nicht kompensierten Schwingquarzes zeigt Bild 2. Bild 2 a) zeigt die Impedanz eines Schwingqua

29、rzes alleine, whrend Bild 2 b) den Schwingquarz in Verbindung mit einem wNetz- werk darstellt. Bild 3 zeigt die Impedanz des kompensierten Schwingquarzes unter den gleichen Bedingungen. “1 2a) Schwingquarz alleine 2 b) Schwingquarz in einem n-Netzwerk Bild 2: Impedanzdiagramm eines Schwingquarzes oh

30、ne Kompensation der statischen Parallelkapazitt Co STD-DIN DIN EN bOllq-3-GERM 1997 279444b Ob71500 039 9 Seite 4 EN 60444-3 : 1997 3a) Schwingquarz mit Co-Kompensation 3 b) Schwingquarz mit Co-Kompensation in einem Ic-Netzwerk Bild 3: Impedanzdiagramm eines Schwingquarzes, wenn Co durch ein genau a

31、bgeglichenes Kompensations-Netzwerk nach Bild 1 kompensiert wurde. Der Phasenwinkel Q? = Schwingquarz wird berechnet: zwischen Eingang und Ausgang eines x-Netzwerkes mit dem Abschluwiderstand 2RT = 25 R fr den X X R R1+2RT tan qT = - = - Eine erste Nherung fr kleine Werte von r ergibt: 2A.w L, tan c

32、pT= - = -. Ri + 2RT f 2Qeff Wie man aus den Bildern 2 und 3 in beiden Fllen entnehmen kann, besteht ein grter und ein kleinster Phasenwinkel. Beide sind nur bei kompensierter statischer Parallelkapazitt Co wertgleich. Weiterhin ist in diesem Fall die Impedanz hinsichtlich der Serienresonanzfrequenzf

33、 symmetrisch. Seite 5 EN 60444-3 : 1997 2 - - 1 2.2 Mechanische Angaben Zwei mgliche Ausfhrungen des %-Netzwerkes, die die Anforderungen von 2.1 erfllen, sind in den Bildern 4a) und 4b) gezeigt. L r I n-Netzwerk 1 P 60mm 1 ANMERKUNG: Zustzliche Informationen zu den Schaltungselementen gibt Anhang C

34、 Bild 4a): Vereinfachte Darstellung eines %-Netzwerkes mit elektrischer Einstellung der Co-Kompensation ANMERKUNG: Zustzliche Informationen zu den Schaltungselementen gibt Anhang C. Bild 4 b): Vereinfachte Darstellung eines sc-Netzwerkes mit mechanischer Einstellung der Co-Kompensation 3 Schwingqua

35、rz-Parameter mit und ohne Co-Kompensation 3.1 Serienresonanzfrequenzf, und Resonanzfrequenzf, Die Co-Kompensation erlaubt die direkte Messung der Serienresonanzfrequenz 4 bei Phase Null, whrend IEC 444-1 die direkte Messung der Resonanzfrequenz Co-Kompensation qmax = f 52,8“. Seite 9 EN 60444-3 : 19

36、97 5.4.4 Berechnung der dynamischen Kapazitt C, C, wird mit Gleichung (3) nach 3.1 berechnet: 1 c, = 4n2 fS L, 5.4.5 Berechnung der Gte Q Q wird berechnet mit: (7) Anhang A Analyse der Abweichungen von5 R, C, und L, durch die verschiedenen Meverfahren mit und ohne Kompensation von Co A.l Unterschied

37、e der Frequenzen und Widerstnde A.l.l fr-fs Co r Nach 3.1 ist die theoretische Frequenzabweichung zwicchenf, undx in erster Nherung gegeben durch: -=-=- .fs CI Q2 2Q: CO Cl mit dem Kapazittsverhltnis r = -. A.1.2 Die theoretische Abweichung zwischen R, und R, ist annhernd: R,- R, C$ (;I2 -E-= Ri C:

38、Q2 CO CI wieder rnit dem Kapazittsverhltnis r = -. A.1.3 Fr bliche Oszillatorquarze sind in der Tabelle A.l die Werte fr die theoretische Abweichung zwischenf, und& sowie R, und R, angegeben. A.1.4 Bei Obertonquarzen ist das Produkt (Q .j) theoretisch konstant. Dadurch ist die Frequenzabweichung (in

39、 IOa) und die prozentuale Widerstandsabweichung proportional zu dem Quadrat der Frequenz. Weiterhin wird das Verhltnis Co zu C, mit steigender Frequenz grer, wodurch sich noch grere Abweichungen ergeben. A.2 Abweichungen von C, und L, bei Messung mit und ohne Kompensation von Co Die dynamische Kapaz

40、itt und die dynamische Induktivitt wird gewhnlich bei Messungen ohne Co-Kompensation mit folgender Gleichung berechnet: 2Aw L, R, + 2R, tan 9, = - rnit q = f 45“ Dieser Ausdruck schliet zwei Vereinfachungen ein: 1) R, wird gleich RI angenommen. Die Abweichung ist in A.1.2 dargestellt. 2) Der Einflu

41、von Co wird nicht bercksichtigt. Damit ergibt sich weder ein Hchstwert der Spannung an Kanal B bei Phase Null, noch symmetrische Frequenzoffsets fr entgegengesetzt gleichen Phasenwinkel. Fr Hochfrequenzquarze sind Phasen- winket von f 45“ oft nicht zu erreichen. Die Gesamtabweichung kann nicht expli

42、zit angegeben werden. Sie wurde iterativ berechnet und ist in Tabelle A.l fr bliche Schwingquarze angegeben. STD.DIN DIN EN bO444-3-GERM 1777 9 279444b Ob7150b 557 f,-f, fs (1.10-6) f Cl Rl Q (MW (f F) (a) (IO3) 15 30,OO 7 50 + 0,04 45 23 14 111 + 0,11 75 0,76 30 93 + 0,49 105 0,36 55 76 + 1,56 Seit

43、e 10 EN 60444-3 : 1997 AC bezogen auf 45“ Phasenoffset Rr - Rl Rl (“w + 0,02 i. 0,002 + 0,06 + 0,29 + 0,9 + 2,7 + 6,O (Siehe Anmerkung) ANMERKUNG: Fr Schwingquarze im 7. Oberton kann C, nicht mit einem Phasenwinkel von f 45“ gemessen werden, da der grte Phasenwinkel ohne Kompensation nur ungefhr + 3

44、6“ betrgt. A.3 Frequenzbereich fr die Kompensation Schwingquarze mit Frequenzen unter 80 MHz knnen ohne Kompensation von Co gemessen werden. Die relative Frequenz- abweichung zwischen& und& ist kleiner als 1C6, die relative Abweichung zwischen R, und R, ist kleiner als 2%. Der Fehler der dynamischen

45、 Kapazitt, der dynamischen Induktivitt und der Gte ist kleiner als 5 %. Schwingquarze mit Frequenzen ber 80 MHz mssen mit Kompensation der statischen Parallelkapazitt Co gemessen werden. Anhang B Zustzliche Informationen ber die Megenauigkeit Im Anhang A der IEC 444-1 werden zustzliche Informationen

46、 ber die Megenauigkeit gegeben. In diesem Anhang werden die Auswirkungen der Kompensation der statischen Parallelkapazitt Co auf die Genauigkeit der Messungen von& und R, dargestellt. B.l Genauigkeit der Messung von& mit Co-Kompensation 8.1.1 Die Serienresonanzfrequenz ff wird bei Phase Null gemesse

47、n, die durch die Referenzwiderstnde von 25 R und 75 R nach 5.3 bestimmt wird. Die Phasenabweichung, die auf die verschiedenen Widerstnde der Schwingquarze zurckzufhren ist, ist kleiner als 0,5“ (siehe IEC 444-1). Fr Phasenmegerte mit einer Auflsung von 0,2“ ist die resultierende Frequenzgenauigkeit:

48、 A& tan 0,7O f 2Q - Fr Gten grer 10000 kann theoretisch eine Meunsicherheit von kleiner 0,6. lo4 bei der Messung der Serienresonanz- frequenz mit Co-Kompensation erreicht werden. B.2 Genauigkeit der Widerstandsmessung mit Co-Kompensation 8.2.1 Der Serienresonanzwiderstand R, wird durch den Vergleich

49、 mit den Referenzwiderstnden bei Phase Null unter Berck- sichtigung des Widerstandes R, fr das Kompensationsnetzwerk ermittelt. 8.2.2 Die Abweichung fr R, ist infolge der Unsichetheit in der Null-Phase von 0,7“ nach B.l 0,007% und daher vernachlssigbar. 8.2.3 Die Summe der Abweichungen infolge von Ungenauigkeiten der Spannungsmessungen am Kanal A und B kann 2 % betragen. Die Ungenauigk