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石英晶体测试系统中DDS信号源设计

发布时间:2020-06-30 19:28:18 阅读: 来源:防虫网厂家

针对π网络石英晶体参数测试系统,采用以STM32F103ZET6型ARM为MCU控制DDS产生激励信号。该测试系统相对于传统的PC机测试系统具有设备简单、操作方便,较之普通单片机测试系统又具有资源丰富、运算速度更快等优点。AD9852型DDS在ARM控制下能产生0~100 MHz扫频信号,经试验数据分析得到信号精度达到0.5×10-6,基本满足设计要求。该系统将以其小巧、快速、操作方便、等优点被广泛采用。

本文引用地址:产生正弦激励信号一般可以通过振荡电路或直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis,DDS),DDS较振荡电路具有相位噪声小、杂散抑制好、可产生连续波信号、扫频信号和频率捷变信号等优点。石英晶体电参数测试中激励信号的指标如幅度、频率的稳定性对后续的测量精度至关重要。所以系统采用AD9852型DDS作为信号源。石英晶体电参数测试系统中,DDS可以同时产生多路正弦信号,并可对信号的频率、幅度、相位精确控制,用以测量石英晶体电参数,随着对石英晶体频率精度的要求越来越高,DDS的信号源设计及控制具有重要现实意义。

1π网络法测试原理

在串联谐振状态下,石英晶体等效电路模型如图1所示,C0为静态电容;L1为动态电感;Rr是串联谐振电阻;C1为动态电容。

其等效阻抗为

式中,ω为信号源所输出信号的角频率,ω=2πf;Zs为π网络的等效阻抗。根据式(1)可以画出石英晶体阻抗一频率特性曲线如图2所示,f0为石英晶体的串联谐振频率,f1为并联谐振频率,本系统需要测量石英晶体的串联谐振频率。

由图2可以看出,当信号源频率为f1时,石英晶体的阻抗最小;当信号源频率为时石英晶体的阻抗最大。利用这个特性可以得到石英晶体的串联谐振频率、并联谐振频率等参数。石英晶体电参数测试方法有3种:阻抗计法、π网络最大传输法、π网络零相位法。π网络最大传输法是将石英晶体插入一个π网络中,不断改变π网络一端激励信号的频率,在另一端测量输出信号电压值,当电压达到最大值时的频率即为串联谐振频率。其特点是测试设备较复杂,不易捕获峰值电压时的频率,精度较高;π网络零相位法原理;π网络零相位法是将石英晶体插入一个π网络中,在一端不断输出扫频信号,用矢量电压表检测π网两端的相位差,当相位差为零时的频率即为串联谐振频率。π网络最大传输法与π网络零相位法的主要差别是没有鉴相电路,将这两种方法统称为π网络法。

2石英晶体测试系统

硬件框图系统采用π网络法,硬件框图如图3所示。系统以STM32F103ZET6型ARM为的MCU;AD9852型DDS用来产生正弦激励信号;TXCO(ROJON)型温度补偿晶振给DDS提供参考频率,此温度补偿晶振标称频率50 MHz;LCD作为人机交换接口用以显示参数和波形;4×4键盘可以输入预置参数,也可以作为功能按键控制系统工作;信号调理电路对激励信号滤波以及放大跟随,通过π网络的信号经处理反馈到STM32F103ZET6的A/D端口,对输出信号进行处理。MCU通过串口(USART)和上位机通信,上位机发送控制指令控制MCU工作,MCU将测试数据反馈给上位机。系统重点是利用STM32F103ZET6控制A139852产生扫频信号,难点是对π网络输出端信号的处理。

3系统测试流程图

石英晶体测试参数测试仪在通电复位后首先初始化STM32F103ZET6内部寄存器,然后再初始化系统各功能模块包括LCD、DDS、USART、键盘、ADC等。在初始化完成之后通过键盘或上位机设定被测石英晶体的标称频率、扫描的起始和终止频率以及扫描步进,参数设置完成后,通过上位机发送控制指令或键盘功能按键控制系统工作,在串口和键盘未产生中断时,DDS会产生与设置参数相应的扫频信号,LCD实时显示π网络反馈到STM32F103ZET6的ADC管脚的波形,待转换结束后MCU处理并保存数据,测试结果送回上位机并在LCD上显示。具体流程图如图4所示。

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