测试时钟振荡器

　　待测器件

　　晶振、压控振荡器和石英谐振器。频率范围从32kHz ~ 6GHz。多数器件采用表面贴装型封装，最常见尺寸为 7mmx5 mm。这些器件有多个输出选择，包括低压差分信令（LVDS）、CMOS、正射极耦合逻辑（PECL）以及限幅正弦波。

　　挑战

　　在工程实验室中对量产前的新振荡器作评估。测量内容包括频率、抖动、相位噪声、上升时间、下降时间、输入电流、输出功率和稳定性。在-40℃ ~ +85℃ 的温度范围内作温度稳定性测试。

　　工具

　　* Agilent 科技：数字万用表、频率计数器、相位噪声测试仪、三端口电源。www.tm.agilent.com。
　　* Tektronix：示波器。 www.tektronix.com。

　　项目说明

　　Crystek (www.crystek.com) 位于佛罗里达州的 Ft. Myers，它制造晶振、压控振荡器和石英谐振器。这些器件为嵌入式系统中使用的微处理器、电信路由器以及其它应用提供时序信号。在每款新产品发布以前，工程总监 Ramon Cerda 和一个工程师小组都要对部件作评估。

　　工程师要做的最关键测量是输出频率、抖动

和相位噪声。他们使用的评估板带有 SMA 连接器，上面有测试点并与测试设备相连。评估板亦带有一个塑料夹具，用于固定振荡器。

　　工程师们用一台 10 位 RF 频率计数器测量频率，并且使用一台 1 GHz、10 M 采样/秒的示波器测量抖动、上升时间和下降时间。频率计数器使用一个基于 GPS 的自制基准时钟。他们还要用一台相位噪声测试仪测量相位噪声。

　　这些测量的困难来自于振荡器的高输出阻抗，对于正弦波和 CMOS 输出的器件，这个值可高达 10kΩ。将测试时钟的两台仪器连接到一个振荡器的输出端，器件上加的负载会过重。Cerda 警告说：“你不能用 T 型接头将信号送给两台仪器。”Crystek 工程师没有采用缓冲电路方法，而是使用示波器的缓冲模拟输出，它是示波器输入信号的复制品。

　　Crystek 的工程师用一个有源探头来尽量减小电路的负载。有源探头在振荡器上的负载小于 1 pF。电路板上的一只 15 pF 电容可提供一个已知稳定的负载。电源通过一只数字万用表（DMM）连接到评估板，万用表测出振荡器的输入电流。

　　对于正弦波输出的器件，工程师测量振幅的峰/峰dBm值。对这些输出达6GHz的器件，工程师们用一台频谱分析仪可以确定这些器件在频域下的特性。对于方波输出（输出频率达 200 MHz）的器件，工程师要测量上升时间、下降时间和占空比（45% ~ 55%）。示波器的抖动测量软件用于测量循环之间的抖动以及周期抖动。

　　工程师在超出器件设定的温度范围下完成这些和其它测试。温度循环范围从-40℃ ~ +85℃。工程师在各种温度下测量频率、振幅和相位噪声。另外，他们还要对变化的输入电压作测量，输入电压的变化范围为标称电压（5 V、3.3V 或 2.5V）的±10%。

　　收获

　　Cerda 说：“当测试有高输出阻抗的晶振和其它器件时，测试设备可以加载待测器件。示波器必须有缓冲输出。” Cerda 再次对使用“T”型接头提出警告，因为示波器和计数器都会成为振荡器输出的负载，因此会改变输出信号。他补充说：“还有一点也很重要，你的示波器要有足够的带宽，能精确地测量一个方波振荡器的三次谐波。”