石英晶体单元的主要用途之一,就是为电子产品提供计时、参考频率与频率控制等功能。这类应用对于输出频率的准确性有很高的要求,因此为了避免产品出厂后因石英晶体振荡电路系统的偏差,造成某些功能运作失常的现象,越来越多厂商开始重视晶体振荡线路的回路分析,希望了解自己的振荡线路的偏差范围,才能在设计阶段就先进行线路调整,以达到最佳的电气特性匹配。

目前许多大厂已将振荡线路的回路分析定义为量产前的标准验证程序之一。避免在量产后才发生振荡线路不起振的问题,或是频偏误差太大等状况,倒头来还是得透过回路分析来帮忙厘清问题。

因石英晶体的容差值(Tolerance)是以 ppm 来计算,必须以非常精确的仪器才能进行正确的测量。产品制造商本身很难做的到,即使是一般的验证实验室也力有未逮。要进行精确的振荡线路回路分析,除了工程师需充分了解振荡线路特性外,实验室也必须具备能提供极高精准度参考频率的仪器如原子钟,而非一般实验室使用的 OCXO 等级仪器。

另一个关键则是测试端的探棒,可分为被动式与主动式。被动式探棒成本低,但以接触式量测时会产生严重的电容效应(约8-15pF),造成很大的频偏,因而无法量测到振荡线路的起振点。主动式探棒的成本高,但本身的电容效应低,只有 1-2pF。除了使用主动式探棒之外,SCTF 进一步设计出非接触式的的量测方式,可以将量测时对线路负载的影响降到最低,可量测分析到实际的线路振荡特性。

全球符合上述条件的实验室屈指可数,即使是专精石英技术的 SCTF,过去也只在日本总公司才有这样的实验室与人才。对于国内的电子厂商来说,虽然有做回路分析的需求,但往往因为送日本测试的时间成本耗费太大,让产品送测意愿普遍不高。为此,SCTF 自 2010 年 3 月起在上海成立这样的高规格实验室(使用原子钟参考频率及主动式探棒等),并将原本需要 10 天至 2 周的往返测试时间缩短到 3~5 个工作天。目前测试的产品类型从 PC 主机板、手机到各种消费性电子设备都有。

此实验室能针对厂商设计的振荡线路提供频率容许误差、驱动功率以及负性阻抗的量测,并提出频率调整电容的建议值报告。除了这些基本量测外,实验室也会针对不同的应用进行进阶的分析服务,例如量测不同电压下的频率对温度特性、找出从振荡线路起振到系统开始运作的时间,以及振荡线路可以工作的电压范围等。振荡线路设计建议。