(57)【要約】【課題】水晶振動子の特性を測定する時間を短縮する。【解決手段】測定装置１は、水晶振動子２３に測定用信号を入力する入力部１３と、測定用信号に対する水晶振動子２３からの出力信号に基づいて、水晶振動子２３の特性を測定する測定部１４と、水晶振動子２３の代わりに短絡素子を接続した状態で測定部１４が測定した結果に基づいて生成された校正データを記憶する記憶部１１と、測定部１４が測定した水晶振動子２３の特性を、校正データに基づいて校正する校正部１６と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶振動子の特性を測定する測定装置であって、
前記水晶振動子に測定用信号を入力する入力部と、
前記測定用信号に対する前記水晶振動子からの出力信号に基づいて、前記水晶振動子の特性を測定する測定部と、
前記水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で前記測定部が測定した結果に基づいて生成された校正データを、前記水晶振動子の特性を測定する条件である測定条件に関連付けて記憶する記憶部と、
前記測定部が測定した前記水晶振動子の特性を、前記校正データに基づいて校正する校正部と、
を備える測定装置。
【請求項２】
前記校正部は、前記水晶振動子の特性を示す特性データを校正したデータである校正済情報を前記記憶部に記憶させ、
前記測定装置は、前記校正済情報に基づいて前記水晶振動子の等価回路定数を算出する算出部をさらに備える、
請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で前記測定部が測定した結果に基づいて生成された校正データを生成し、前記測定条件に関連付けて前記校正データを前記記憶部に記憶させる生成部をさらに備える、
請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記入力部は、前記測定条件に基づいて前記測定用信号を入力し、
前記校正部は、前記測定条件に対応する前記校正データを用いて、前記水晶振動子の特性を校正する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項５】
前記記憶部は、前記測定用信号の周波数、前記測定用信号のレベル、及び前記測定用信号の周波数を変化させる時間間隔の少なくともいずれかを前記測定条件として記憶する、
請求項４に記載の測定装置。
【請求項６】
前記入力部は、第１の時間ごとに周波数が変化する複数の前記測定用信号を前記水晶振動子に順次入力し、
前記第１の時間以上の長さの第２の時間ごとに、前記測定部が測定した特性が所定の条件を満たすか否かを判定し、所定の条件を満たすと判定した場合に、前記測定を終了する測定制御部をさらに備える、
請求項１から５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
水晶振動子の特性を測定する測定方法であって、
前記水晶振動子に測定用信号を入力する工程と、
前記測定用信号に対する前記水晶振動子からの出力信号に基づいて、前記水晶振動子の特性を測定する工程と、
前記水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で前記測定する工程において測定された結果に基づいて生成された校正データを、前記水晶振動子の特性を測定する条件である測定条件に関連付けて記憶させる工程と、
前記測定する工程において測定された前記水晶振動子の特性を、前記校正データに基づいて校正する工程と、
を備える測定方法。
【請求項８】
コンピュータを、
水晶振動子に測定用信号を入力する入力部、
前記測定用信号に対する前記水晶振動子からの出力信号に基づいて、前記水晶振動子の特性を測定する測定部、
前記水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で前記測定部が測定した結果に基づいて生成された校正データを、前記水晶振動子の特性を測定する条件である測定条件に関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御部、及び
前記測定部が測定した前記水晶振動子の特性を、前記校正データに基づいて校正する校正部、
として機能させるための測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水晶振動子の特性を測定する測定装置、測定方法及び測定プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水晶振動子や半導体デバイス等の電子デバイスの特性を測定する測定装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。従来の測定装置においては、予め作成されたキャリブレーションデータを用いて、測定したデータが校正される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３３０５３号公報
【特許文献２】特開２００６−１８９３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水晶振動子の特性を測定する場合、測定対象の水晶振動子に与える測定用信号の周波数を順次切り替えながら周波数掃引して、水晶振動子に入力される入力信号と、水晶振動子から出力される出力信号とに基づいて、水晶振動子のゲイン特性や位相特性を測定する。出力信号のレベルや位相を測定するタイミングを変更したり、測定用信号の周波数を変更したりすると、レベルや位相を測定するタイミングにおける出力信号の位相が変化する。したがって、高精度の測定を行うには、当該位相の変化の影響を排除するために、レベルや位相を測定するタイミングを変更したり、測定用信号の周波数を変更したりするたびに校正をする必要があり、水晶振動子の特性の測定に長時間を要していた。
【０００５】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、水晶振動子の特性を測定する時間を短縮することができる測定装置、測定方法及び測定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、水晶振動子の特性を測定する測定装置であって、水晶振動子に測定用信号を入力する入力部と、測定用信号に対する水晶振動子からの出力信号に基づいて水晶振動子の特性を測定する測定部と、水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で測定部が測定した結果に基づいて生成された校正データを、前記水晶振動子の特性を測定する条件である測定条件に関連付けて記憶する記憶部と、測定部が測定した水晶振動子の特性を、校正データに基づいて校正する校正部と、を備える測定装置を提供する。
【０００７】
上記の校正部は、水晶振動子の特性を示す特性データを校正したデータである校正済情報を記憶部に記憶させ、上記の測定装置は、校正済情報に基づいて水晶振動子の等価回路定数を算出する算出部をさらに備えてもよい。
【０００８】
上記の測定装置は、水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で測定部が測定した結果に基づいて生成された校正データを生成し、測定条件に関連付けて校正データを記憶部に記憶させる生成部をさらに備えてもよい。
【０００９】
上記の測定装置では、入力部は、測定条件に基づいて測定用信号を入力し、校正部は、測定条件に対応する校正データを用いて、水晶振動子の特性を校正してもよい。また、上記の測定装置では、記憶部は、測定用信号の周波数、測定用信号のレベル、及び測定用信号の周波数を変化させる時間間隔の少なくともいずれかを測定条件として記憶してもよい。
【００１０】
上記の測定装置では、入力部は、第１の時間ごとに周波数が変化する複数の測定用信号を水晶振動子に順次入力し、第１の時間以上の長さの第２の時間ごとに、測定部が測定した特性が所定の条件を満たすか否かを判定し、所定の条件を満たすと判定した場合に、測定を終了する測定制御部をさらに備えてもよい。
【００１１】
本発明の第２の態様においては、水晶振動子の特性を測定する測定方法であって、水晶振動子に測定用信号を入力する工程と、測定用信号に対する水晶振動子からの出力信号に基づいて、水晶振動子の特性を測定する工程と、水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で測定する工程において測定された結果に基づいて生成された校正データを、水晶振動子の特性を測定する条件である測定条件に関連付けて記憶させる工程と、測定する工程において測定された水晶振動子の特性を、校正データに基づいて校正する工程と、を備える測定方法を提供する。
【００１２】
本発明の第３の態様においては、コンピュータを、水晶振動子に測定用信号を入力する入力部、測定用信号に対する水晶振動子からの出力信号に基づいて、水晶振動子の特性を測定する測定部、水晶振動子の代わりに短絡素子を接続した状態で測定部が測定した結果に基づいて生成された校正データを、水晶振動子の特性を測定する条件である測定条件に関連付けて記憶部に記憶させる記憶制御部、及び測定部が測定した水晶振動子の特性を、校正データに基づいて校正する校正部、として機能させる測定プログラムを提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る測定装置、測定方法及び測定プログラムによれば、水晶振動子の特性を測定する時間を短縮することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態の測定システムの概要を示す図である。
【図２】本実施形態の測定システムの機能構成図である。
【図３】本実施形態に係る測定装置の処理の流れフローチャートである。
【図４】測定部により測定された水晶振動子の特性データを示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る測定部により測定された水晶振動子の特性データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜第１の実施形態＞
［測定システムＳの概要］
図１は、本実施形態の測定システムＳの概要を示す図である。
測定システムＳは、測定装置１と、水晶振動子２３が装着されたπ回路治具２とから構成されている。
【００１６】
測定装置１は、信号源１３１と、可変抵抗１３２と、検波回路１４１と、可変抵抗１４２とを備えている。測定装置１は、信号源１３１が出力する測定用信号をπ回路治具２に装着されている水晶振動子２３に入力し、当該水晶振動子２３からの出力信号を検波回路１４１が検出することにより水晶振動子２３の周波数特性を測定する。測定装置１は、測定された水晶振動子２３のゲイン特性及び位相特性を示す特性データを、予め記憶されている校正データに基づいて校正し、校正した後の水晶振動子２３の特性データに基づいて水晶振動子２３の等価回路定数を算出する。
π回路治具２は、入力側及び出力側のそれぞれにπ回路２１、２２を備える。π回路２１とπ回路２２との間には、水晶振動子２３等の検査対象物が装着される。
【００１７】
続いて、測定装置１の具体的な機能構成について説明する。
図２は、本実施形態の測定システムＳの機能構成図である。図２に示されているように、測定装置１は、記憶部１１と、取得部１２と、入力部１３と、測定部１４と、生成部１５と、校正部１６と、算出部１７と、測定制御部１８とを備える。
【００１８】
記憶部１１は、例えば、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリによって構成される。記憶部１１は、π回路治具２において水晶振動子２３の代わりに短絡素子を接続した状態で測定部１４が測定した結果に基づいて生成された、測定系の校正データを記憶する。また、記憶部１１は、水晶振動子２３の特性を測定するための測定条件を記憶する。測定条件は、例えば、測定用信号の周波数、測定用信号のレベル、及び測定用信号の周波数を変化させる時間間隔である。記憶部１１は、測定部１４が測定した水晶振動子２３の特性データを、校正済情報として記憶する。
【００１９】
取得部１２は、記憶部１１を参照して、水晶振動子２３の特性を測定する条件である測定条件を取得する。具体的には、取得部１２は、記憶部１１から、測定条件として測定用信号の周波数、測定用信号のレベル、及び測定用信号の周波数を変化させる時間間隔の少なくともいずれかを取得する。
【００２０】
入力部１３は、信号源１３１及び可変抵抗１３２を含んで構成される。入力部１３は、取得部１２が取得した測定条件に基づいて、π回路治具２に装着されている水晶振動子２３に測定用信号を入力する。入力部１３は、例えば、第１の時間ごとに周波数が変化する複数の測定用信号を水晶振動子２３に順次入力する。第１の時間は、例えば１０μ秒である。また、入力部１３は、時間に応じてレベルが変化する複数の測定用信号を水晶振動子２３に順次入力する。
【００２１】
測定部１４は、検波回路１４１、可変抵抗１４２、Ａ／Ｄ変換回路、及び積分器を含んで構成される。測定部１４は、測定用信号に対する水晶振動子２３からの出力信号に基づいて、水晶振動子２３の特性として、位相特性、ゲイン特性等を測定する。すなわち、測定部１４は、π回路２２から取得した出力信号のゲイン及び位相等の特性を測定する。
【００２２】
測定部１４は、入力部１３から取得した入力信号と、π回路２２から取得した出力信号とをミキシングし、ミキシングされた後の信号をＡ／Ｄ変換回路によりアナログ／デジタル変換する。そして、測定部１４は、Ａ／Ｄ変換回路から出力されたデジタル信号を積分器において積分することにより、出力信号のゲインを測定する。測定部１４は、測定結果を記憶部１１に逐次記憶させる。
【００２３】
生成部１５は、測定された測定系の特性に基づいて校正データを生成する。まず、生成部１５は、測定部１４が、水晶振動子２３の代わりに短絡素子をπ回路治具２に接続した状態で測定条件を変えながら測定した、測定系の特性を示す測定系特性データを取得する。具体的には、生成部１５は、複数の測定条件のそれぞれに関連付けて、π回路２１に入力された入力信号のレベルを示すデータと、π回路２２から出力された出力信号のレベルを示すデータとを、測定部１４から取得する。
【００２４】
続いて、生成部１５は、各測定条件の入力信号のレベルに対する出力信号のレベルの増減比率を算出する。生成部１５は、測定条件ごとに算出した増減比率を、測定条件に対応する校正データとする。生成部１５は、生成した校正データを測定条件に関連付けて記憶部１１に記憶させる記憶制御部として機能する。
【００２５】
校正部１６は、測定部１４が測定した水晶振動子２３の特性データを、記憶部１１に記憶されている校正データに基づいて校正する。例えば、校正部１６は、測定部１４が測定した際の測定条件に対応する校正データを記憶部１１から取得し、この校正データと測定した特性データとを乗算することにより、測定部１４が測定した水晶振動子２３の特性データを校正する。
【００２６】
算出部１７は、記憶部１１に記憶されている校正済情報に基づいて、水晶振動子２３の等価回路定数を算出する。算出部１７は、例えば、測定用信号の周波数が切り替わる時間間隔である第１の時間以上の長さの第２時間ごとに等価回路定数を算出する。具体的には、算出部１７は、校正済情報に対応する特性データに基づいて、並列共振周波数及び直列共振周波数を特定し、水晶振動子２３の等価直列抵抗、等価直列インダクタンス、等価直列容量及びＱ値を算出する。算出部１７は、算出した等価回路定数を記憶部１１に記憶させる。
【００２７】
測定制御部１８は、第１の時間以上の長さの第２の時間ごとに、測定部１４が測定した特性が所定の条件を満たすか否かを判定し、所定の条件を満たすと判定した場合に、測定部１４に測定を終了させる。例えば、測定制御部１８は、所定の条件として、等価回路定数のうち、位相を示すデータが０°を示すか否かを判定し、所定の条件を満たしたと判定した場合に測定部１４に測定を終了させる。
【００２８】
［測定装置１の動作］
続いて、測定装置１の処理の流れについて説明する。
図３は、本実施形態に係る測定装置１の処理の流れフローチャートである。
入力部１３は、取得部１２が取得した測定条件に基づいて、π回路治具２に装着されている水晶振動子２３に測定用信号を入力する（Ｓ１）。
【００２９】
続いて、測定部１４は、測定用信号に対する水晶振動子２３からの出力信号に基づいて、水晶振動子２３の特性を測定する（Ｓ２）。測定部１４は、測定した水晶振動子２３の特性を記憶部１１に逐次記憶させる。
続いて、校正部１６は、測定部１４が測定した水晶振動子２３の特性を、記憶部１１に記憶されている校正データに基づいて校正する（Ｓ３）。校正部１６は、水晶振動子２３の特性を示す校正後の特性データを、校正済情報として記憶部１１に記憶させる。
【００３０】
続いて、測定制御部１８は、記憶部１１に記憶されている校正済情報に基づいて、位相を示す値が０°となったか否かを判定する（Ｓ４）。測定部１４は、位相を示すデータが０°度を示した場合に測定部１４に測定を終了させ（Ｓ５）、０°を示していない場合にＳ２に処理を移す。測定部１４が測定を終了すると、算出部１７は、記憶部１１に記憶されている校正済情報に基づいて、水晶振動子２３の等価回路定数を算出する（Ｓ６）。算出部１７により算出された等価回路定数は、例えば、測定装置１に接続されたモニタに表示される。
【００３１】
図４は、測定部１４により測定された水晶振動子２３の特性データを示す図である。図４は、校正部１６により校正された後の特性データを示している。図４における横軸は、測定用信号の周波数を示す。図４における実線は、π回路２２からの出力信号のレベルを示し、１点鎖線は、π回路２２からの出力信号の位相を示している。出力信号のレベルが最大になる直列共振周波数付近において、位相が最大値から最小値に遷移し、出力信号のレベルが最小になる並列共振周波数付近において、位相が最小値から最大値に遷移している。
【００３２】
図４に示す例の場合、入力部１３は、所定の時間間隔で、所定の周波数間隔で周波数が高くなる測定用信号をπ回路２１に入力する。測定部１４は、測定用信号の周波数が変化するたびに、π回路２２からの出力信号のレベル及び位相を測定する。測定部１４は、出力信号のレベルが増加した後に減少するとともに、出力信号の位相が０°になると、さらに所定数の異なる周波数において測定してから測定を終了する。図４における黒丸は測定部１４が出力信号を測定した周波数ポイントを示し、白丸は、測定部１４が出力信号を測定しなかった周波数ポイントを示している。
【００３３】
図４の例の場合、測定部１４が、位相が０°になった時点で測定を終了しない場合は、２０個の周波数で測定が必要であったが、位相が０°になってから１回さらに測定した後に測定を終了することにより、９個の周波数で測定が終了する。このようにすることで、測定装置１は、測定時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
［第１の実施形態の効果］
以上のとおり、第１の実施形態によれば、測定装置１は、測定部１４により、測定用信号に対する水晶振動子２３からの出力信号に基づいて水晶振動子２３の特性を測定し、校正部１６により、測定部１４が測定した水晶振動子の特性を示す特性データを、校正データに基づいて校正する。よって、測定装置１は、事前に記憶した校正データに基づいて、測定した水晶振動子の特性データを校正するので、条件を変更して測定するたびに校正を行う必要がない。
【００３５】
また、測定装置１においては、算出部１７が、校正済情報に基づいて水晶振動子の等価回路定数特性を算出するので、条件を変更して測定するたびに校正を行うことなく、水晶振動子の等価回路定数を算出することができる。また、測定装置１においては、入力部１３が、記憶部１１に記憶されている測定条件に基づいて測定用信号を入力し、校正部１６が、当該測定条件に対応する校正データを用いて測定結果を校正するので、測定条件が変更されても、水晶振動子２３をπ回路治具２から取り外すことなく、確実に測定結果を校正することができる。
【００３６】
また、測定装置１の記憶部は、測定用信号の周波数、測定用信号のレベル、及び測定用信号の周波数を変化させる時間間隔の少なくともいずれかを測定条件として記憶するので、測定装置１はこれらの条件に基づいた測定結果を得ることができる。
【００３７】
また、測定装置１においては、入力部１３が、第１の時間ごとに周波数が変化する複数の測定用信号を水晶振動子２３に順次入力し、測定制御部１８が、第２の時間ごとに、測定部１４が測定した特性が所定の条件を満たすか否かを判定し、所定の条件を満たすと判定した場合に、測定を終了する。したがって、測定装置１は、測定部１４による測定を、所定の条件を満たした場合に中止させて、次の測定を行うことができるので、水晶振動子２３の特性を測定する時間をさらに短縮することができる。
【００３８】
測定装置１によれば、事前に記憶した校正データに基づいて、従来よりも狭い周波数範囲で測定することができるので、特に、Ｑ値が高い水晶振動子の特性の測定や、ドライブレベルを変更しながら複数回にわたって測定を行うＤＬＤ（Drive Level Dependance）試験において、測定時間を大幅に短縮することができる。
【００３９】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態において、測定装置１は、所定の周波数間隔で掃引することにより、水晶振動子２３の特性を測定するものとして説明した。これに対して、第２の実施形態においては、第１の周波数間隔で掃引して測定した後に、第１の周波数間隔よりも小さな第２の周波数間隔で掃引して測定する点で異なる。
【００４０】
図５は、第２の実施形態に係る測定部１４により測定された水晶振動子２３の特性データを示す図である。図５は、図４に示した水晶振動子２３の特性データにおいてゲインが最大値を示している付近の周波数範囲において、図４に示した特性データの測定に用いられた周波数間隔よりも小さな間隔で測定することにより得られた特性データを示している。
【００４１】
入力部１３は、第１の周波数間隔で周波数が変化する第１測定用信号をπ回路治具２に入力する。測定部１４は、第１測定用信号が水晶振動子２３に入力された場合の出力信号を用いて水晶振動子２３の特性を測定し、校正部１６により校正された後の特性データが所定の条件を満たしている場合に、測定を終了する。測定部１４は、例えば、出力信号のゲインが減少した後に増加し、かつ、位相が０°になった時点で測定を終了する。算出部１７は、校正部１６により校正された特性データに基づいて、並列共振周波数を算出する。
【００４２】
続いて、入力部１３は、第１測定用信号に基づいて得られた特性データのうち、所定の周波数範囲において第２の周波数間隔で周波数が変化する第２測定用信号をπ回路治具２に入力する。測定部１４は、第２測定用信号が水晶振動子２３に入力された場合の出力信号を用いて、出力信号のレベル及び位相を測定する。測定部１４は、測定した位相が０°になると、測定を終了する。算出部１７は、校正部１６により校正された特性データに基づいて、直列共振周波数を算出する。
【００４３】
［第２の実施形態の効果］
第２の実施形態によれば、第１の周波数間隔で水晶振動子２３の特性を測定し、所定の条件が満たされた場合に、所定の周波数範囲において、第１の周波数間隔よりも小さな第２の周波数間隔で測定する。したがって、本実施形態によれば、測定時間を要する高い精度での測定を行う周波数範囲を絞り込むことができるので、測定時間を短縮しつつ、高い精度の測定をすることができるという効果を奏する。
【００４４】
また、算出部１７は、第１の周波数間隔で測定された特性データに基づいて、高い精度を必要としない並列共振周波数を算出し、第２の周波数間隔で測定された特性データに基づいて、高い精度が求められる直列共振周波数を算出する。したがって、測定装置１は、短い測定時間で、並列共振周波数と直列共振周波数とを測定できる。
【００４５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００４６】
例えば、測定装置１が、例えばＣＰＵから構成される制御部を備え、制御部が、記憶部１１に記憶された測定プログラムを実行することにより、取得部１２、入力部１３、測定部１４、生成部１５、校正部１６、算出部１７及び測定制御部１８として機能してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１・・・測定装置、２・・・π回路治具、１１・・・記憶部、１２・・・取得部、１３・・・入力部、１４・・・測定部、１５・・・生成部、１６・・・校正部、１７・・・算出部、１８・・・測定制御部、２１、２２・・・π型回路、２３・・・水晶振動子、Ｓ・・・測定システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
2014215207.tif 000005
【図４】
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【図５】
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