石英晶振(quartz crystal unit，XTAL)简称晶振，是利用石英晶体的压电效应产生高精度振荡频率的一种被动电子元器件，广泛应用于现今的电子产品中。但在晶振的实际生产过程中，将研磨到设计厚度的大片石英晶体切割成小片后，每片石英晶体的尺寸有着细微差别，导致不同晶振小片之间共振频率存在着差异。晶振在切割后必须先进行实际共振频率的测定和分拣，以便后续加工。生产率和成本对测量精度和分拣速度都提出了很高的要求。现代化的专用测量-分拣设备要求在1 s以内完成晶片的抓取、测量与分类投放工作，其中机械臂的抓取、投放等机械运动要耗费大部分时间，故留给晶振片参数测量的时间要求远小于机械运动时间，即在100 ms以内。
国内外最早使用网络分析仪来对晶振的电参数进行测量，以此对晶片进行分拣。但是网络分析仪是针对更大带宽、更普遍应用的实验仪器，用网络分析仪来测量晶振的电参数，虽然能获得较高的精度与指标，但其投入也相当高。针对这样的实际应用，本文介绍了一种单片机、直接数字频率合成器(DDS)芯片、增益鉴相器芯片组成的晶振谐振频率测量系统。本系统相对网络分析仪来说成本大大降低，且能满足设备的测量速度要求，现已应用于实际的晶振分拣设备中。
1 测量原理
该等效电路的阻抗值可以表示为：
Z(s)=[1／(s·C1)+s·L1+R1]‖[1／(s·C0)] (1)
当施加在晶振上的电信号的频率等于其自身谐振频率时，晶振呈纯阻性，且阻抗值最小。利用该特性，可以设计测量网络来对晶振进行扫频，依据测量网络两端的电信号的变化来判断晶振是否谐振。
2 技术方案描述
根据上述测量方案，本系统基本的设计框架是利用单片机控制DDS对晶振进行扫频(激励)，通过鉴幅器来获得测量网络两端电压的比值(响应)，最后由单片机上的ADC来进行数据采集(测量)，进行必要的处理后通过通信模块发送至上位PC机。这样一个激励-响应-测量的过程能够建立起线性网络的传输阻抗特性的数据模型，相当于一个针对常用晶振频带的小型网络分析仪。
整个系统包括测量部分(测量网络、AD9852、AD8302)，控制与计算部分(Freescale单片机)和通信模块部分。测量时，上位PC机通过通信模块对单片机进行初始设置和简单控制，单片机即可自动控制测量部分对晶片进行测量。获得相关测量参数后，单片机会对其进行存储，最后将所有数据递交给上位PC机。
2．1 单片机
本系统使用的单片机S12XS128(以下简称S12)是Freescale公司针对成本敏感型汽车电子类工业应用优化的16位微控制器，是S12XE系列的精简版。该单片机的最高总线时钟频率为40 MHz，具有128 KB Flash、8 KBRAM以及8 KB的EEFROM。S12自身带有16通道的12位ADC，支持8／10／12位转换精度，10位精度下平均单次转换时间约3μs左右。另外，S12还支持控制区域网(CAN)、本地互联网(LIN)和串行外设接口(SPI)协议等，具有16位计数器的8通道定时器等。
2．2 直接数字频率合成器与射频中频增益鉴相器
AD9852是ADI公司生产的一款直接数字频率合成器(DDS)，其内部集成了两路12位高速ADC，具有48位可编程频率寄存器和14位可编程相位寄存器，同时还具有12位可编程幅度调制寄存器。这保证了AD9852在300 MHz系统时钟频率下具有极高的频率分辨率，且输出相位、幅度可调。同时，输出信号最高可达150 MHz的输出范围也满足了设计需求。
石英晶振的幅频特性可以直接通过另一款集成电路芯片AD8302来测量。AD8302是ADI公司生产的用于射频中频(RF／IF)幅度和相位测量的专用集成电路，其核心部件由两个精密匹配的宽带对数放大器和线性乘法器／鉴相器构成，能同时测量从低频到2．7 GHz频率范围内的两路输入信号之间的幅度比和相位差。
