原标题：无源晶振的频率该如何测量

无源晶振（Passive Crystal Oscillator）是一种需要外部电路驱动的谐振器件，其频率测量需借助外部激励和测试设备。以下是几种常用的测量方法及其原理、步骤与注意事项。

一、测量原理

无源晶振的频率由其机械振动特性决定，需通过外部电路（如振荡电路）将其转换为电信号后测量。测量核心在于：

1. 激励晶振起振：通过电容、电阻等元件搭建振荡电路。

2. 捕获输出信号：使用示波器、频谱仪或频率计检测电信号的频率。

二、常用测量方法

1. 示波器测量法

• 原理：通过示波器直接观察晶振输出信号的波形，并测量其周期（T），频率（f）为周期的倒数（f=1/T）。

• 步骤：

• 调整示波器时基（Time Base）至合适档位（如100ns/div），观察正弦波或方波。

• 测量一个完整周期的时间（T），计算频率（f=1/T）。

• 将示波器探头连接至反相器输出端，注意探头的接地夹需尽量靠近电路地，避免干扰。

• 典型电路：晶振 + 两个负载电容（CL） + 反相器（如74HC04）。

• 示例：对于8MHz晶振，负载电容通常为15pF~22pF。

1. 搭建振荡电路：

2. 连接示波器：

3. 测量波形：

• 注意事项：

• 探头电容（通常10pF~15pF）会改变负载电容，需调整电路中的CL以补偿。

• 示波器带宽需≥晶振频率的3倍（如测量8MHz晶振，需≥24MHz带宽）。

2. 频率计测量法

• 原理：频率计直接统计输入信号的周期数，并显示频率值。

• 步骤：

• 频率计通常可自动测量并显示频率（如8.000000MHz）。

• 将频率计输入端连接至振荡电路输出端。

1. 搭建振荡电路：同示波器法。

2. 连接频率计：

3. 读取频率值：

• 注意事项：

• 频率计的测量精度取决于其内部时钟的稳定性（如±1ppm）。

• 对于高频晶振（如>50MHz），需选择高速频率计（如Keysight 53230A）。

3. 频谱分析仪测量法

• 原理：频谱仪通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，直接显示频率成分。

• 步骤：

• 调整分辨率带宽（RBW）至合适值（如1kHz），观察主频峰的位置。

• 将频谱仪输入端连接至振荡电路输出端，设置中心频率为晶振标称频率。

1. 搭建振荡电路：同上。

2. 连接频谱仪：

3. 观察频谱：

• 注意事项：

• 频谱仪的动态范围需足够高（如>70dB），以避免谐波干扰。

• 测量前需校准频谱仪的频率精度。

4. 网络分析仪测量法（高精度）

• 原理：通过扫频激励晶振，测量其阻抗-频率特性，找到谐振频率。

• 步骤：

• 观察阻抗最小值对应的频率，即为晶振的实际谐振频率。

• 设置扫频范围（如标称频率±10%），步进（如10kHz）。

• 将晶振接入网络分析仪的测试端口，通常需使用专用夹具（如SMA接头）。

1. 搭建测试夹具：

2. 设置扫频参数：

3. 测量S11参数：

• 注意事项：

• 网络分析仪需校准至端口（如SOLT校准）。

• 测试夹具的寄生参数（如电感、电容）会影响测量精度，需通过去嵌入（De-embedding）校正。

三、测量误差分析与优化

四、典型测量案例

案例：测量一枚标称频率为12MHz的无源晶振。
步骤：

1. 搭建振荡电路：

• 晶振 + 两个18pF电容 + 74HC04反相器。

2. 连接示波器：

• 探头接地夹靠近电路地，时基设为50ns/div。

3. 测量波形：

• 观察到周期为83.33ns，计算频率：f=1/83.33ns=12.000MHz。

4. 验证频率计：

• 连接频率计，显示12.000000MHz，与示波器结果一致。

五、总结与建议

1. 选择测量方法：

• 低成本：示波器法（需注意探头电容影响）。

• 高精度：频率计或网络分析仪法。

• 频域分析：频谱仪法（适合观察谐波）。

2. 优化电路设计：

• 使用推荐负载电容（参考晶振数据手册）。

• 缩短PCB走线，减少寄生参数。

3. 环境控制：

• 在恒温环境下测量，或记录温度以补偿频率漂移。

通过以上方法，可准确测量无源晶振的频率，并确保测量结果的可靠性。