CN102565530A

CN102565530A - 恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪

Info

Publication number: CN102565530A
Application number: CN2012100115129A
Authority: CN
Inventors: 林正其; 李晓佳; 林丽君
Original assignee: PINGHU CITY ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: PINGHU CITY ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，包括调试机架，其特征在于它还包括：1）拐点调试插座2）拐点调试板：3）射频控制板4）频率测量仪：5）控制电脑：向拐点调试板发送唯一的地址码，设置该地址的数字电位器的电阻为指定值，并读取每一个晶体振荡器的频率，根据测量得到的数据拟合晶体振荡器温频特性曲线，并计算得出晶体拐点时的电阻值。本发明与现有技术相比具有以下有益效果：使用本套调试设备，每套设备每次能调试160个OCXO，除了安放OCXO时，其他不占用任何人工。每次调试需要3到4小时左右，即每小时40个左右，相比与人工每小时4到5个的调试速度，其效率提升10倍以上。而且由于软件提供的精确数据建模，使得一次温频特性通过率能达到接近99%，远远高于人工的80%。

Description

恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪

技术领域

本发明涉及一种自动化测量仪,特别涉及恒温晶体振荡器批量生产中，恒温晶体振荡器温度曲线零温度变化点（生产中一般称为拐点）的批量测量的自动化测量仪。

背景技术

恒温晶体振荡器（简称OCXO）是一种频率基准产品，是一种高精密的电子器件，广泛使用于3G通信，军事，高端仪器等对时间精准度要求非常高的场所。OCXO的生产难度较大，现国内OCXO80%以上依赖进口，这是因为OCXO的生产，超过90%以上都是对于产品参数的测量和调试，而OCXO批量化生产的难点，就在于自动化，批量化的参数测量测试。

OCXO的主要原件石英晶体对于温度非常敏感，一般在生产中使用的AT切型晶体和SC切型的晶体，其频率温度曲线在数学呈现为三次方程曲线，而三次曲线在OCXO的恒温点时，恰好有一个波峰，其波峰的斜率是最小的，所以对应的，如果能准确的找到波峰，也就是最合适的恒温点的话，我们就认为找到了该晶体的零温度变化点（拐点），那么此时OCXO的温频特性将是最稳定的，产品性能也是最好的。

OCXO的发热是由内部的功率管提供的，而具体发热到什么程度，则是由里面的温度控制电阻决定的。一般为了找到拐点，我们需要在控制电阻位置接上电位器（可调电阻），以50到100欧姆的步进改变电阻值，每次改变电阻后，稳定10到15分钟后记录其频率值和电阻，然后观察其频率变化情况，看其频率变化的大小，一般需要测量7到8次后，才能找到频率变化最小的点。找到该点后，查看当时所用的电阻值，并根据经验换上和测量时差不多的电阻。由于测量时间长，并需要记录数据和计算，一般一个最熟练的工人每小时也只能调试4到6个OCXO，效率非常之低。而且由于人工测量，存在大量估算的情况，实际上的温频特性测试的一次通过率一般只有80%，需要多次返工重测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一整套自动对恒温晶体振荡器晶体拐点进行调试测量的设备。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，包括调试机架，其特征在于它还包括：

1）拐点调试插座：多个待测试的晶体振荡器通过对应的拐点调试插座与拐点调试板电连接，每一个晶体震荡器的信号输出端通过拐点调试插座连接到拐点调试板上的信号输出端口，晶体振荡器的拐点电阻位置与拐点调试插座上的电阻调试线相连；

2）拐点调试板：所述拐点调试板设有数字电位器，数字电位器的输出端与调试插座上的电阻调试线连接，拐点调试板通过并口线与控制电脑的输出端相连，每一块拐点调试板都有唯一的地址码；

3）射频控制板：通过同轴电缆与拐点调试板的每一个晶振信号输出端口相连，通过并口线与控制电脑的输出端相连，每一块射频控制板都有自己唯一的地址码，射频控制板用于接受控制电脑的命令开通与晶振信号输出端口对应的信号传输通道，并关闭其他所有通道；

4）频率测量仪：通过同轴电缆线与射频控制板相连接,通过GPIB线与控制电脑相连，用于测量每一个调试晶体振荡器的频率值，并将测量的数据传送到控制电脑；

5）控制电脑：向拐点调试板发送唯一的地址码，设置该地址的数字电位器的电阻为指定值，并读取每一个晶体振荡器的频率，根据测量得到的数据拟合晶体振荡器温频特性曲线，并计算得出晶体拐点时的电阻值。

所述拐点调试板具体包括数字电位器、比较器、卡口式插座、测试位置开关，数字电位器的电阻输出端与卡口式插座相连接，数字电位器的命令接收端与比较器相连接，而比较器与控制电脑并口线相连接，测试位置开关直接连卡口式插座。

所述拐点调试插座包括电阻调试线、四根插针、匹配电容，匹配电容直接焊接在拐点调试插座的电路板焊盘上，四根插针中两根为电源插针，直接与拐点调试板的卡口式插座接口连接，另两根为拐点电阻插针，通过电阻调试线直接连接到测试晶振的拐点电阻调试焊盘上。

所述的射频控制板包括比较器、并口接线板、同轴电缆线。比较器与并口接线板连接，同轴电缆线的一端直接与对应位置的测试晶振的信号输出端相连接，同轴电缆线的另一端连接到信号传输的总的同轴电缆线上。

一个调试机架分5层安装，每一层安装两块拐点调试板和一块射频控制板，每一块拐点调试板上设有8个调试插座。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

使用本套调试设备，每套设备每次能调试160个OCXO，除了安放OCXO时，其他不占用任何人工。每次调试需要3到4小时左右，即每小时40个左右，相比与人工每小时4到5个的调试速度，其效率提升10倍以上。而且由于软件提供的精确数据建模，使得一次温频特性通过率能达到接近99%，远远高于人工的80%。

附图说明

图1为拐点自动化测量仪的整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一整套自动拐点调试设备，包括了调试架，频率测量仪和控制电脑。调试架是拐点调试进行的地方，背面安装有铜条传送电源。调试机架为分层的铁架子，用于安装OCXO拐点调试板和射频控制板。调试机架分为6层，下五层安装调试板，每一层安装两块拐点调试板和一块射频控制板，每一块拐点调试板含有8个拐点调试插座，待测试的晶体振荡器插在拐点调试插座上，所以每一层可同时调试16个OCXO，一个机架可以同时调试80个OCXO。待调试的OCXO通过调试插座与调试板相连接。每两个调试架作为一组进行调试，因此一套设备每次可最多进行160个OCXO的调试。

拐点调试板具体包括数字电位器、比较器、卡口式插座、测试位置开关，数字电位器的电阻输出端与卡口式插座相连接，每一个数字电位器有两路输出，因此每个数字电位器可以同时连接两个卡口式插座。数字电位器的命令接收端与比较器相连接，而比较器与控制电脑并口线相连接，当控制电脑并口发送命令时，会同时发送地址码，当比较器发经过和本身地址进行比较，发现是发给自己的命令时，才会把命令传给数字电位器，控制其改变电阻值。测试位置开关直接连卡口式插座，用于开关插座是否通电。在测试时，测试晶振通过拐点调试插座，直接插在卡口式插座上，方便测试。

拐点调试插座是调试OCXO与拐点调试板之间的连接器，多个待测试的晶体振荡器通过对应的拐点调试插座与拐点调试板电连接，待测试的OCXO插在拐点调试座上，再把拐点调试座插到调试板上。本实施例中每一块拐点调试板含有8个拐点调试插座，即对应8个待测试的晶体振荡器，每一个晶体震荡器的信号输出端通过拐点调试插座连接到拐点调试板上的信号输出端口，把需要被测试的信号传输到射频控制板上。

拐点调试插座包括电阻调试线，四根插针，匹配电容。匹配电容直接焊接在拐点调试插座的电路板上，根据测试晶振的不同，可以更换，但是一般使用一个通用的电容即可，无需更换。四根插针中，两根为电源插针，直接与卡口式插座的接口连接，测试晶振插在拐点调试插座上后，靠这两根电源插针通电。另两根为拐点电阻插针，在拐点调试插座正面的点焊接有电阻调试线，直接连接到测试晶振的拐点电阻调试焊盘上，卡口式插座通过拐点调试插座电路板上的覆铜线与拐点调试插座上的拐点电阻插针电连接，从而使得数字电位器的输出端与拐点调试插座上的电阻调试线电连接，晶体振荡器的拐点电阻位置与拐点调试插座上的电阻调试线相连，这样拐点调试板改变数字电位器的电阻值就能直接反应在调试的OCXO上。拐点调试板通过并口线与控制电脑的输出端相连，每一块拐点调试板都有唯一的地址码；每一块射频控制板也都有自己唯一的地址码。

射频控制板：通过同轴电缆与拐点调试板的每一个晶振信号输出端口相连，同轴电缆的一端直接与对应位置的测试晶振的信号输出端相连接，另一端连接到信号传输的总的同轴电缆线上，用于信号的传输，通过并口线与控制电脑的输出端相连，射频控制板用于接受控制电脑的命令开通与晶振信号输出端口对应的信号传输通道，并关闭其他所有通道；使与指定信号传输通道对应的被测试晶体振荡器的输出信号可以被测量到，射频控制板控制同时测量的多个OCXO在一个时刻，只有一路信号通过。所有的射频控制板都由控制电脑控制，每一块射频控制板都有自己唯一的地址，当控制信号过来时，射频控制板根据控制信号，把控制信号和地址码在比较器芯片中进行比较，开通指定的通道，关闭其他所有通道，保证只有一路信号通过。射频控制板包括比较器、并口接线板、同轴电缆线，比较器与并口接线板连接，接受电脑发送来的地址码，如果经过比较发现地址相同，则打开对应的通道。本发明的比较器采用74HC85N比较器。

频率测量仪通过同轴电缆线与射频控制板相连接,通过GPIB线与控制电脑相连，用于测量每一个调试晶体振荡器的频率值，并将测量的数据传送到控制电脑，由于调试要求较高，所以要求频率调试仪至少需要有2位的精确小数显示。

控制电脑主要用于安装控制系统软件，以及与调试设备相连接，通过排线与调试机架连接控制调试位置和数字电位器的阻值改变。控制电脑向拐点调试板发送唯一的地址码，设置该地址的数字电位器的电阻为指定值，并读取每一个晶体振荡器的频率，根据测量得到的数据拟合晶体振荡器温频特性曲线，并计算得出晶体拐点时的电阻值。控制电脑通过排线控制两个调试机架，共三条排线。一条排线用于控制两个调试机架射频控制板，另两条排线用于控制机架上的调试板的数字电位器，一个调试机架一条。软件控制系统主要用于控制整个调试逻辑，包括发布修改数字电位器电阻值命令，控制通道切换，读取频率值，根据测量数据进行拐点电阻计算，数据导出和管理等功能。

调试机架的供电系统分为两组，一组给各控制板上的芯片供电，使用5V的电源供电，对于功率要求不高。另一组给待调试的OCXO进行供电，一个机架一台电源，要求电流至少需要20A以上电源。

下面以实际调试一批OCXO拐点为例，说明拐点调试系统的使用。首先把拐点调试插座上的调试线焊接在OCXO电阻调试焊盘上。然后把调试插座插到拐点调试板上。打开所有的电源，保证系统加电正常。打开系统控制软件，在软件上对应的位置，输入OCXO的编号，使OCXO编号和位置一一对应。使用软件的检测功能看是否每一个OCXO都能被正确读取频率，如果不能，则需要修正，直到所有OCXO都能正常读取频率。

当一切准备正常后，点击“启动调试”开始拐点的调试，控制电脑执行以下步骤：逐渐改变数字电位器的值，然后读取每一个OCXO的频率，并记录数据，一般改变7到9次后，以7次为例，以r表示电阻，以f表示频率，分别得到(r₁,f₁）,(r₂,f₂)直到(f₇,f₇)，控制软件对数据进行分析，使用最小二乘法进行曲线拟合，得到温频曲线的三次曲线方程式为f=ar³+br²+cr+d，对方程式进行求导，得到新的方程式f’=3ar²+2br+c，使方程转化为二次方程，使用二次方程求根公式，最终得到r的两个解，一般为一正一负，正解即为需要的拐点电阻值。

Claims

1.恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，包括调试机架，其特征在于它还包括：

1）拐点调试插座：多个待测试的晶体振荡器通过对应的拐点调试插座与拐点调试板电连接，每一个晶振的信号输出端通过拐点调试插座连接到拐点调试板上的信号输出端口，晶体振荡器的拐点电阻位置与拐点调试插座上的电阻调试线相连；

2.如权利要求1所述的恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，其特征在于所述拐点调试板具体包括数字电位器、比较器、卡口式插座、测试位置开关，数字电位器的电阻输出端与卡口式插座相连接，数字电位器的命令接收端与比较器相连接，而比较器与控制电脑并口线相连接，测试位置开关直接连卡口式插座。

3.如权利要求1或2 所述的恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，其特征在于所述拐点调试插座包括电阻调试线、四根插针、匹配电容，匹配电容直接焊接在拐点调试插座的电路板焊盘上，四根插针中两根为电源插针，直接与拐点调试板的卡口式插座接口连接，另两根为拐点电阻插针，通过电阻调试线直接连接到测试晶振的拐点电阻调试焊盘上。

4.如权利要求1或2所述的恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，其特征在于所述的射频控制板包括比较器、并口接线板、同轴电缆线，比较器与并口接线板连接，同轴电缆线的一端直接与对应位置的测试晶振的信号输出端相连接，同轴电缆线的另一端连接到信号传输的总的同轴电缆线上。

5.如权利要求1或2所述的恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，其特征在于：一个调试机架分5层安装，每一层安装两块拐点调试板和一块射频控制板，每一块拐点调试板上设有8个调试插座。

6.如权利要求1或2所述的恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，其特征在于：两个调试机架作为一组。

7.如权利要求1或2所述的恒温晶体振荡器晶体拐点自动化测量仪，其特征在于所述控制电脑执行以下步骤：逐渐改变数字电位器的值，然后读取每一个晶振的频率，并记录数据，以r表示电阻，以f表示频率，分别得到(r₁,f₁）,(r₂,f₂)直到(f₇,f₇)，使用最小二乘法进行曲线拟合，得到温频曲线的三次曲线方程式为f=ar³+br²+cr+d，求导得到新的方程式f’=3ar²+2br+c，最终得到r的两个解，正解即为需要的拐点电阻值。