音叉晶體頻率測(cè)量

一、前言

前面使用 ADALM2000 測(cè)量音叉晶體諧振特性的時(shí)候，一直沒(méi)有得到想要的結(jié)果。下面通過(guò)對(duì) 晶體增加緩沖放大，來(lái)測(cè)量 晶體的諧振頻率，另外，也分析一下，為何 ADALM2000 模塊測(cè)量晶體頻率特性的時(shí)候，為何無(wú)法得到測(cè)量的結(jié)果的問(wèn)題。

二、電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)信號(hào)高速緩沖放大電路。在晶體上的電壓，通過(guò)有 LM358進(jìn)行跟隨放大，輸出到端口。這部分是產(chǎn)生 二分之一電源電壓，用于信號(hào)源的偏置。設(shè)計(jì)單面電路板，適合一分鐘制版方法。

▲ 圖1.2.1 測(cè)試PCB電路板

??一分鐘之后，得到了測(cè)試電路板。電路板制作的非常完美。下面進(jìn)行焊接測(cè)試。

三、焊接調(diào)試

焊接電路，清洗之后進(jìn)行調(diào)試，給電路施加 5V 工作電源，使用示波器測(cè)量輸入輸出信號(hào)。上面是輸入信號(hào)，下面是諧振后的音叉晶體放大后的信號(hào)。

▲ 圖1.3.1 輸入和放大后的信號(hào)

??通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編程，控制DG1062輸出正弦頻率線性變化，峰峰值為 2V，利用 DM3068交流檔，測(cè)量緩沖放大輸出信號(hào)有效值。這是掃頻范圍從 32750Hz 到32780Hz，擴(kuò)大掃頻范圍，在串聯(lián)諧振時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率為 32760Hz，并聯(lián)諧振時(shí)，對(duì)應(yīng)的頻率為 32775Hz。

▲ 圖1.3.2 從32750 掃頻到32780 對(duì)應(yīng)的幅度

▲ 圖1.3.3 掃描頻率范圍(32700,32900)的幅頻特性

四、ADALM2000測(cè)量結(jié)果

由于萬(wàn)用表測(cè)量只能反應(yīng)諧振的幅頻特性。無(wú)法得到對(duì)應(yīng)的相頻特性。下面利用ADALM2000 重新測(cè)量這個(gè)電路的頻率特性。它可以同時(shí)獲得幅頻特性和相頻特性。測(cè)量 32768 左右正負(fù)100Hz范圍內(nèi)的頻率特性。測(cè)量結(jié)果依然令人感到驚訝，還是沒(méi)有得到與 DG1062 掃頻搜得到的頻率特性。這究竟是為什么呢？

后來(lái)，對(duì)于ADALM2000 頻率掃頻參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這里的采樣周期 以及數(shù)據(jù)平均值參數(shù)，便可以得到穩(wěn)定的測(cè)量值了。這里是將周期數(shù)和平均數(shù)都分別設(shè)置為 100 和 50，可以獲得比較精確的晶體諧振曲線了。上面是幅頻特性，下面是相頻特性。

▲ 圖1.4.1 讀取的測(cè)量數(shù)據(jù)

??到現(xiàn)在為止，我才明白，這里的兩個(gè)參數(shù)的含義，Period 是數(shù)據(jù)采集的時(shí)間長(zhǎng)度，這個(gè)數(shù)值越大，因?yàn)閿?shù)據(jù)加窗所帶來(lái)的頻率泄露現(xiàn)象越小，對(duì)應(yīng)的頻率分辨率越高。Average 對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)平均個(gè)數(shù)，該數(shù)值越大，對(duì)應(yīng) 數(shù)據(jù)噪聲越低。這里給出了兩組參數(shù)測(cè)量結(jié)果的對(duì)比。可以看到 P=100 所得到的頻率特性比 P=10 要窄，信噪比也高一些。再對(duì)比一下另外一組采集參數(shù)的結(jié)果。

▲ 圖1.4.2 不同Period 和Average對(duì)應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)

??對(duì)比一下 Period=2時(shí)，信號(hào)的長(zhǎng)度，Period=20 對(duì)應(yīng)的信號(hào)長(zhǎng)度。Period=100時(shí)對(duì)應(yīng)的信號(hào)長(zhǎng)度。信號(hào)長(zhǎng)度增加，包括 平均數(shù)據(jù)增加，雖然可以有效增加掃描頻譜特性的分辨率和信噪比，但也使得測(cè)量過(guò)程變得比較緩慢。

▲ 圖1.4.3 Period=2對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)波形

▲ 圖1.4.4 Period=20對(duì)于的數(shù)據(jù)波形

▲ 圖1.4.5 Period=100對(duì)于的數(shù)據(jù)波形

※ 總??結(jié) ※

本文最終測(cè)試了手表晶體特性，通過(guò)對(duì)晶體信號(hào)增加緩沖放大，可以測(cè)到音叉晶體的諧振特性。對(duì)于ADALM2000，需要設(shè)置合理的 Period 以及 Average 參數(shù)，從而可以獲得最好的頻率分辨率以及提高測(cè)量結(jié)果的信噪比。

參考資料

[1]利用DG1062信號(hào)元測(cè)量手表晶體的諧振特性: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/141257027

[2]帶有74HC04緩沖測(cè)量手表晶體的諧振特性: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/141231549

[3]測(cè)量 手表晶體的頻率特性: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/141230000