一种测量石英晶体谐振器静电容的新方法

　　2．3 常用测电容的方法

　　常用的测量电容方法主要有谐振法、交流电桥法和充放电法。谐振法是将电容引入振荡电路中，使得振荡频率成为电容的函数，通过测量该频率值来计算电容值。交流电桥法将电容接入交流电桥中，调整电桥中的可调电阻和可调电容使得电桥平衡，根据平衡时电桥各臂的电阻和电容值计算被测电容值。充放电法使用交流信号源对电容充电，然后将电容接入放电电路中，通过测量电容的放电时间来计算电容值。由于π网络法是通过测量π网络两端的矢量电压来得到石英晶体电参数值，与上述三种方法并不一致，所以如果采用这三种方法测量石英晶体的静电容都需要增加额外的测量电路，并且会因此增加π网络电路的杂散项，对测量石英晶体的谐振频率产生不利影响。

　　2．4 基于π网络的静电容测量方法

　　利用DDS（直接数字频率合成）信号源作为激励源，其输出交流信号频率远离石英晶体谐振频率，该信号激励接有被测石英晶体的π网络。此时，石英晶体等效于一个值为C0的电容。π网络的输出电压与该电容存在一定的函数关系，由于输入电压和π网络的参数已知，测量输出电压并根据这一函数关系，可以计算出C0值。这种方法与测石英晶体谐振频率的方法很相似，都需要利用DDS输出信号作为激励信号并检测π网络输出的矢量电压。两者区别在于测量谐振频率要求检测输入电压和输出电压之间相位差，而测量静电容则要求测量输入电压和输出电压的幅值。因此，对这两个矢量电压信号采用幅相检测的办法可以使测量石英晶体的谐振频率和静电容统一起来。

　　原理框图如图3所示：

　　其中，DDS输出两路幅值、频率和相位均相同的信号。一路激励π网络，另一路输入幅相检测模块。本课题要求石英晶体谐振频率的测量范围为0～200MHz。在这一范围内选取30MHz和68MHz两个频率点作为激励信号的设定频率。具体方法是，当石英晶体的谐振频率在30MHz附近时，设定DDS输出信号频率为68MHz，反之，则设为30MHz。激励信号经过π网络后输出电压如式