LC谐振体的谐振频率测试与生产装置

本发明涉及一种LC谐振体的谐振频率测试与生产装置，由一种同频异相锁相环结构的电路实现，其工作原理如下：通过对发射线圈所发射的信号相位和接受线圈所接受到的信号相位进行比较，将比较后的结果所产生的直流控制电圧来控制发射线圈所发射的信号频率稳定在待测LC谐振回路的谐振频率上。

技术领域

[0002]本发明涉及到LC谐振体在测试与生产应用中一种全新的锁定谐振频率方式测试与生产的方法，设计指标：控制产品精度为f₀ +-‰f₀，VCO输出频率的实际使用最大有效变化范围为f₀ +-4%f₀。

背景技术

[0004]在图1所示的传统LC谐振体的谐振频率测试与生产装置中由信号发生器发射幅度规定和频率可调信号至发射线圈，待测LC谐振回路通过耦合接受来自发射线圈的信号并将此信号发射到接受线圈，接受线圈连接到高频毫伏表纪录接受到信号的幅度。

[0005]测试方法是逐点改变信号发生器输出频率，在高频毫伏表上找到最大幅度时的频率点并把这一频率点定义为待测LC谐振回路的谐振频率。

[0006]传统LC谐振频率测试与生产技术中存在的问题

[0007]使用传统的测试与生产技术作LC谐振体谐振频率测试时具有以下不利点：测试方法复杂，测试时间长而不利于工业化生产，测试精度低并直接受到带有磁芯谐振体由于较长测试时间引起的温漂影响。

发明内容

[0009]通过图2所示本发明内容的LC谐振体的谐振频率测试与生产装置总方框图，实现了LC谐振体的锁频测试工作目的。

[0010]本发明装置中包含了以下特殊的技术，记：

[0011]a.产品LC谐振体标准频率为83，110，147，196，262，350kHz六种不同的谐振频率，LF为图6所示类型。RC为固定不变值：R3=18K，R4=6.8k，C2=1uF。这里R3取值18K的目的是降低VCO输出的动态范围，如果取1.8K也无碍锁相环正常工作，也经过验证为正常工作：R3R4用一个可变电阻10K取代，大幅度调整中点位置。为了降低VCO输出的动态范围，在图3标识为14的压缩器中相对于一个基准100k电阻，前记各个谐振体标准频率下对应?/100k的电阻值分别为1.3k，1.8k，2.7k，4.3k，6.8k，10k。

[0012]采用了图6所示IC的内部VCO，为了确保VCO输出频率的实际使用最大有效变化范围为f₀ +-4%f₀；还采取了VCO变形使用法：图6所示VCO电路中，固定VCO_IN=Vcc/2，端口11即原接R1为VCO控制端。

[0013]b.附图说明

[0014]图1是传统LC谐振体的谐振频率测试与生产装置的方框图。

[0015]图2为本发明所示的LC谐振体的谐振频率测试与生产装置的总方框图。

[0016]图3为图2中同相部的方框图。

[0017]图4是图2中显示部的方框图。

[0018]以上各图中的各个符号具体符号说明如下：

[0019]1 接受线圈为单匝无磁芯 2 发射线圈为多股无磁芯

[0020]3 待测LC谐振回路 4 信号发生器：频率精度<10Hz

[0021]5 高频毫伏表：精度<1μV 6 同相部：本发明器具

[0022]7 显示部：本发明器具 8 模拟比较器：检零功能的模数变换

[0023]9 移相：使用多谐振荡器 10 可调：相位调整

[0024]11 设定：相位预设定 12 相位比较器PD：HD14046A

[0025]13 环路滤波器LF：无源比例积分型 14 压缩：增益小于1的放大器

[0026]15 初值：直流电压 16 加法器：处理直流信号

[0027]17 压控振荡器VCO：方波型 18 补正：补偿零漂直流电压

[0028]19 模拟窗口比较器：直流型信号 20 幅度OK：LED显示

[0029]21 ADC：模数变换 22 3位幅度：LED十进制显示

[0030]23 计数器：频率计数 24 5位频率：LED十进制显示

[0031]25 数据设定：数据输出 26 DWC：数字窗口比较器

[0032]27 频率OK：LED显示 28 数据合成：合成幅度和频率数据

[0033]29 传输端口：RS232C

[0034]图5是本发明中所使用的PD即鉴相器动作状态时序图。

[0035]图6是本发明中所使用的PD型号为HD14046A的内部电路方框图。

[0036]1.测试原理的理论根据

[0037]对于图1中由标识为1的接受线圈，标识为2的发射线圈，标识为3 的待测LC谐振回路构成的测试过程中基本结构电路，如果满足标识1,3间距离为1cm范围内，标识2,3间距离0.3m间。如果待测LC谐振回路与发射线圈的谐振角频率分别为ω₀₂>>ω₀₁，可以得到传输函数振幅与相位关系式为以下二式：

[0038]

[0039]

[0040]谐振时振幅为最大，此时振幅和相位函数可以分别由以下二式给出。

[0041]

[0042]其中

[0043]其中，θ₀为图3中标识为11的内容，可以采用固定补偿法的理论根据是下式所决定的。

[0044]

实施方式

[0046]本发明装置中所使用的鉴相器PD工作状态时序图为图5画所示，其中(A),(B),(C)和(D)分别以接入同相部输出OUT的PD的一端输入b为基准时接入同相部输入IN的PD的另一端输入a是无信号，迟相，同相和进相状态，图中PD输出为c，其低位输出是GND，高位输出是PD的供电电圧，其它位置上的输出是在供电电圧与GND间的高阻状态输出。

[0047]迟相时的工作状态为工作频率小于待测LC谐振回路的谐振频率，同相时的工作状态为工作频率等于待测LC谐振回路的谐振频率，进相时的工作状态为工作频率大于待测LC谐振回路的谐振频率。

[0048]根据本发明所实现的LC谐振体的谐振频率测试与生产装置是通过同相部把测试时的工作频率锁定在待测LC谐振回路的谐振频率上，其工作原理如下：

[0049]通过对发射线圈所发射的信号相位和接受线圈所接受到的信号相位进行比较，将比较后的结果所产生的直流控制电圧来控制发射线圈所发射的信号频率稳定在待测LC谐振回路的谐振频率上。

[0050]同相部的具体说明如下：

[0051]a.VCO输出将振幅一定，工作频率可以变化的信号通过标号为2的发射线圈传输到标号为3的待测LC谐振回路上；

[0052]b.标号为1的接受线圈所接受来自待测LC谐振回路的信号。如果以发射信号的相位为基准，则接受信号的相位随着频率的不同而有所变化的；

[0053]c.VCO输出信号经过标号为9的移相输入到标号为12的PD的一端输入，接受信号经过标号为8的检零模数变换和标号为9+的移相输入到PD的另一端输入，其目的是最佳化调整与相位补偿。

[0054]d.PD输出经过标号为13的LF滤波后由标号为14的压缩器和标号为15的初值合成至标号为16的加法器上，加法器的输出把VCO的直流控制电压调整到PLL(相位锁定环路)所需的动态范围内，并且保证了PLL工作性能。

[0055]而显示部的作用是便于测试和组织生产，具体说明如下：

[0056]a.接受信号经过标号为18的补正(补偿零漂直流电压)后由标号为16的加法器输出；

[0057]b.加法器输出在经过标号为19的模拟窗口比较器检出幅度符合合格范围内产品后在标号为20的幅度OK上显示；

[0058]c.加法器输出在经过标号为21的ADC模数变换后在标号为22的3位幅度上显示出接受信号的强度；

[0059]d.标号为23的计数器对VCO的输出进行计数输出；

[0060]e.计数器输出在标号为24的5位频率上显示出当前同相部的工作频率；

[0061]f.计数器输出在经过标号为26的数字窗口比较器检出频率符合合格范围内产品后在标号为27的频率OK上显示；

[0062]g.3位幅度和5位频率数据通过标号为28的数据合成后经标号为29的传输端口向外传输数据。

[0063]工作过程说明

[0064]在图5的时序图基础上对装置的工作原理作说明。首先是无待测LC谐振回路时如图5的(A)所示，由于PD的输入端仅有VCO输出存在所以PD输出为GND，此时VCO工作频率为整个工作频率范围内的最低工作频率。

[0065]当开始进入测试状态时由于待测LC谐振体的存在所以有接受信号输入到PD的输入端，如图5的(B)所示那样由于处于迟相工作状态所以VCO的直流控制电压在逐渐增大，即VCO工作频率正在逐渐接近于待测LC谐振回路的谐振频率。

[0066]当VCO的直流控制电压一旦增大到如图5的(C)所示那样的状态下时测试状态进入到锁定工作状态，此时VCO工作频率等于待测LC谐振回路的谐振频率。

[0067]在锁定状态下逸脱时如果是为图5的(B)所示的情况，此时由于工作状态处于迟相工作状态所以VCO的直流控制电压朝着增大方向变化的，最终变化到处于锁定工作状态为止。

[0068]在锁定状态下逸脱时如果是为图5的(D)所示的情况，此时由于工作状态处于进相工作状态所以VCO的直流控制电压朝着减小方向变化的，最终变化到处于锁定工作状态为止。

[0069]测试数据

[0070]与标准信号发生器SG对比测试6个种类LC谐振体样本的数据为表1所示。

[0071]表1 与SG相比较的实验（T=23℃,SG_in=-10dB，频率单位KHz）

[0072]

[0073]注:SG是标准信号发生器

[0074]二台LC谐振体的谐振频率测试与生产装置，在经过间隔时间为半年左右对装置的稳定性进行复测，温度为三个不同测试温度环境，测试数据为表2所示。

[0075]表2 LC谐振体与温度变化和时间变化的关系（频率单位KHz）

[0076]

[0077]注:放进测试样本后数十秒以内的值，具体频率值是由测试样机所

[0078]带有的频率计上的值，调整前后的时间相隔为半年左右

[0079]综合以上内容，实现了本发明的LC谐振体的谐振频率测试与生产装置。