專利名稱：Lcr數(shù)字電橋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字電橋，尤其是能采用高頻信號(hào)源測量待測元件的數(shù)字電橋，具體地說是一種LCR數(shù)字電橋。
背景技術(shù)：
LCR電感(L)、電容(C)和電阻(R)作為基本元器件，在電子產(chǎn)品中被廣泛使用。隨著電子產(chǎn)品的技術(shù)與性能不斷發(fā)展和提高，國內(nèi)相關(guān)行業(yè)對(duì)元器件的檢測技術(shù)的要求也在不斷的提高，特別是對(duì)元器件在IMHz及以上頻率條件下參數(shù)測量的需求與日俱增。因此， 頻率達(dá)到上MHz、信號(hào)電平達(dá)到ImV的LCR測試儀，有助于了解元器件在實(shí)際工作條件下的真實(shí)性能，提高產(chǎn)品的性能與可靠性。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)目前元器件在IMHz及以上頻率條件下參數(shù)測量的需求與日俱增的問題，提出一種LCR數(shù)字電橋。本實(shí)用新型是頻率達(dá)到上MHz、信號(hào)電平步進(jìn)達(dá)到ImV的LCR測試儀，有助于了解元器件在實(shí)際工作條件下的真實(shí)性能，提高產(chǎn)品的性能與
可靠性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種LCR數(shù)字電橋，它包括基準(zhǔn)時(shí)鐘、與基準(zhǔn)時(shí)鐘相連的三個(gè)DDS信號(hào)源、測量信號(hào)發(fā)生器、源電阻、連接被測元件的輸入電路、自動(dòng)平衡電橋、兩濾波器、兩混頻器、雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器和ARM處理器，所述的第一 DDS信號(hào)源的輸出與測量信號(hào)發(fā)生器的輸入端相連，測量信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端通過源電阻驅(qū)動(dòng)輸入電路所連接的被測元件，輸入電路的兩測量電壓端分別通過濾波器與對(duì)應(yīng)混頻器的一信號(hào)輸入端相連，兩混頻器的另一信號(hào)輸入端均與第二 DDS信號(hào)源的信號(hào)輸出端相連，兩混頻器的信號(hào)輸出端分別與雙路同步A/ D轉(zhuǎn)換器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)源端與第三DDS信號(hào)源的輸出相連，雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與ARM處理器的信號(hào)輸入端相連，ARM處理器與IXD顯示器、分選接口的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連，輸出被測元件的對(duì)應(yīng)電參數(shù)。本實(shí)用新型的第一 DDS信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率范圍是20Hz 5MHz，分辨率 0. OlHz0本實(shí)用新型的測量信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端依次串接濾波器、功率放大器后通過源電阻連接輸入電路，驅(qū)動(dòng)被測元件。本實(shí)用新型的被測元件通過輸入電路與一組四端對(duì)結(jié)構(gòu)相連。本實(shí)用新型的ARM處理器與存儲(chǔ)器單元、通訊接口、鍵盤的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型的LCR數(shù)字電橋是頻率達(dá)到上MHz、信號(hào)電平達(dá)到ImV的LCR測試儀， 有助于了解元器件在實(shí)際工作條件下的真實(shí)性能，提高產(chǎn)品的性能與可靠性。
圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。圖2是四端對(duì)結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖1所示，本系統(tǒng)的測量信號(hào)發(fā)生器能產(chǎn)生頻率從20Hz 5MHz (分辨率 0. OlHz)、幅度從mVrms 5Vrms (ImV步進(jìn))變化的正弦信號(hào)，以及-5V +5V的內(nèi)部直流偏置電壓。測試信號(hào)經(jīng)過一組濾波器后，送入一個(gè)帶自動(dòng)電平調(diào)整功能(ALC)的功放進(jìn)行放大，再通過源電阻去驅(qū)動(dòng)被測元件。被測元件通過輸入電路與一組四端對(duì)結(jié)構(gòu)相連，自動(dòng)平衡電橋使Lp端始終虛地，形成兩路矢量電壓。被測的兩路矢量電壓經(jīng)分別濾波、混頻后一起送入雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換電路把矢量電壓經(jīng)數(shù)字處理后，由ARM處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字相敏檢波分成實(shí)部和虛部分量，最后計(jì)算出Z、L、C、R等不同的電參數(shù)進(jìn)行顯示或分選。具體實(shí)施時(shí)測試信號(hào)源信號(hào)源用于測量時(shí)模擬實(shí)際的電路條件，本系統(tǒng)的信號(hào)源能產(chǎn)生寬頻、寬幅及步長可變的信號(hào)電平，且有恒壓、恒流功能。本系統(tǒng)由42. 9497MHz的晶振產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘基準(zhǔn)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)三個(gè)DDS合成信號(hào)源，三個(gè)DDS合成信號(hào)源由ARM處理器給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)分別產(chǎn)生三個(gè)不同的信號(hào)源。測試信號(hào)的產(chǎn)生用戶通過控制面板設(shè)置測試信號(hào)的頻率和電平，由ARM處理器給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，分別送入DDS合成電路和D/A轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)輸入腳，產(chǎn)生相應(yīng)的正弦信號(hào)(Fe)。正弦信號(hào)通過低通濾波器后送入功率放大電路，再經(jīng)過輸出電阻輸出到被測元件上?；祛l基準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生由于本系統(tǒng)的測試頻率最高可以達(dá)到5MHz，因此測試信號(hào)的頻率設(shè)定后，ARM處理器會(huì)根據(jù)測試信號(hào)頻率的不同，控制與混頻器時(shí)鐘輸入端相連的 DDS合成電路經(jīng)比較器變成方波再分頻后產(chǎn)生混頻基準(zhǔn)信號(hào)Fr。這樣，被測的矢量電壓經(jīng)過混頻器后，其頻率最終變成Ft (Ft=Fc-nFr, η是整數(shù))，F(xiàn)t是一個(gè)不大于IKHz的正弦信號(hào)。采樣信號(hào)的產(chǎn)生控制面板設(shè)置了測試信號(hào)的頻率后，由ARM處理器根據(jù)測試信號(hào)的頻率(Fe)以及每周期(Tc)的采樣點(diǎn)數(shù)(N)計(jì)算出采樣信號(hào)的基準(zhǔn)頻率(Fsr)，并給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，送入與雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘引腳相連的DDS合成電路的數(shù)據(jù)輸入腳，DDS 合成電路輸出的頻率信號(hào)經(jīng)比較器變成方波后送入雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘腳，再由A/ D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的邏輯電路生成最終的采樣信號(hào)Fs (Fs=NXFt)。四端對(duì)結(jié)構(gòu)四端對(duì)結(jié)構(gòu)(4TP)示意圖，如圖2所示，四端對(duì)結(jié)構(gòu)解決了互感耦合、 雜散電容、引線電感、引線電阻等問題，因?yàn)樗猛S電纜把信號(hào)電壓通路與電流通路相隔離，返回電流通過同軸電纜的屏蔽層，使外導(dǎo)體(屏蔽層)抵消了內(nèi)導(dǎo)體所產(chǎn)生的磁通。這種配置結(jié)構(gòu)的測量范圍可以達(dá)到1Ω以下100ΜΩ以上，結(jié)合自動(dòng)平衡電橋方法，可以在 20Hz 5MHz內(nèi)對(duì)其進(jìn)行精確的阻抗測量。自動(dòng)平衡電橋自動(dòng)平衡電橋通過測量τι兩端的電壓和流過τι上的電流來計(jì)算阻抗等參數(shù)。Hp端和Hc端相互隔離，這樣可精確測量T^上的電壓。電流從Hc端流向Lc 端，依靠一個(gè)反饋環(huán)路，使得G點(diǎn)維持虛地并使電流流過量程電阻Rs。因此，通過測量量程電阻上的電壓，即可測得流過k上的電流。A/D轉(zhuǎn)換電路矢量電壓Vu和Vs會(huì)同時(shí)通過雙路濾波器和一個(gè)由同一基準(zhǔn)時(shí)鐘控制的雙路混頻器，最后又送入一個(gè)雙通道的同步A/D轉(zhuǎn)換器，以消除由通道而引起的測量誤差。由ARM微處理器從A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)端實(shí)時(shí)讀取Vu和Vs對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換值，由ARM處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)字相敏檢波分成實(shí)部和虛部分量。通過電壓Vu和電流Vs的實(shí)部分量和虛部分量，ARM微處理器就可以計(jì)算出等效串聯(lián)電抗或等效并聯(lián)電抗等一系列的電參數(shù)。本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種LCR數(shù)字電橋，其特征是它包括基準(zhǔn)時(shí)鐘、與基準(zhǔn)時(shí)鐘相連的三個(gè)DDS信號(hào)源、 測量信號(hào)發(fā)生器、源電阻、連接被測元件的輸入電路、自動(dòng)平衡電橋、兩濾波器、兩混頻器、 雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器和ARM處理器，所述的第一 DDS信號(hào)源的輸出與測量信號(hào)發(fā)生器的輸入端相連，測量信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端通過源電阻驅(qū)動(dòng)輸入電路所連接的被測元件，輸入電路的兩測量電壓端分別通過濾波器與對(duì)應(yīng)混頻器的一信號(hào)輸入端相連，兩混頻器的另一信號(hào)輸入端均與第二 DDS信號(hào)源的信號(hào)輸出端相連，兩混頻器的信號(hào)輸出端分別與雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器的對(duì)應(yīng)信號(hào)輸入端相連，雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)源端與第三DDS信號(hào)源的輸出相連，雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器的輸出與ARM處理器的信號(hào)輸入端相連，ARM處理器與 LCD顯示器、分選接口的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連，輸出被測元件的對(duì)應(yīng)電參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCR數(shù)字電橋，其特征是所述的第一DDS信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率范圍是20Hz 5MHz，分辨率0. OlHz0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCR數(shù)字電橋，其特征是所述的測量信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出端依次串接濾波器、功率放大器后通過源電阻連接輸入電路，驅(qū)動(dòng)被測元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCR數(shù)字電橋，其特征是所述的被測元件通過輸入電路與一組四端對(duì)結(jié)構(gòu)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LCR數(shù)字電橋，其特征是所述的ARM處理器與存儲(chǔ)器單元、通訊接口、鍵盤的對(duì)應(yīng)信號(hào)端相連。
專利摘要一種LCR數(shù)字電橋，它包括基準(zhǔn)時(shí)鐘、與基準(zhǔn)時(shí)鐘相連的三個(gè)DDS信號(hào)源、測量信號(hào)發(fā)生器、源電阻、連接被測元件的輸入電路、自動(dòng)平衡電橋、兩濾波器、兩混頻器、雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器和ARM處理器，測試信號(hào)通過源電阻去驅(qū)動(dòng)被測元件，被測元件通過輸入電路與一組四端對(duì)結(jié)構(gòu)相連，自動(dòng)平衡電橋使Lp端始終虛地，形成兩路矢量電壓。被測的兩路矢量電壓經(jīng)分別濾波、混頻后一起送入雙路同步A/D轉(zhuǎn)換器，輸出至ARM，ARM處理器輸出對(duì)應(yīng)電參數(shù)進(jìn)行顯示或分選。本實(shí)用新型的LCR數(shù)字電橋是頻率達(dá)到上MHz、信號(hào)電平步進(jìn)達(dá)到1mV的LCR測試儀，有助于了解元器件在實(shí)際工作條件下的真實(shí)性能，提高產(chǎn)品的性能與可靠性。
文檔編號(hào)G01R31/00GK202330599SQ20112049408
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者丁楊, 沈小鋒 申請人:常州中策儀器有限公司