CN102621381A - 恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪 - Google Patents

恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪 Download PDF

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林正其
李晓佳
林丽君
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Abstract

本发明涉及恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪,包括高低温箱,高低温箱通过网线与工控电脑相连,接收工控电脑发送的命令,设置不同的测试温度;大功率线性电源:通过电源线与晶体振荡器测试板电连接;频率传输转换模块:每块频率传输转换模块通过并口连接线与工控电脑相连,每块频率传输转换模块的传输端口分别与测试插座对应端口通过同轴电缆相连接,并接受工控电脑发送的命令,控制传输端口的开关;频率测量仪:通过同轴电缆线与频率传输转换模块相连,通过GPIB线与工控电脑相连,并将频率数据传送给工控电脑。本发明具有以下有益效果:测量速度快,全自动测量,且每次能同时测量64个,测量准确率达到99%以上;不占用人工,完全不需要人工干预。

Description

恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪
技术领域
[0001] 本发明涉及一种自动化测量仪,具体涉及一种恒温晶体振荡器批量生产中温频特性的批量测量的设备。
背景技术
[0002] 恒温晶体振荡器(简称0CX0)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0CX080%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。
[0003] 由于OCXO的主要原件石英晶体对于温度非常敏感,当温度改变时,OCXO是否仍旧能保持稳定就是重中之重,因此OCXO的温频特性是其最重要的参数之一。温频特性的测量一直是OCXO生产中的一个难点,首先,测量环境要求严格,需要对被测量的产品,加电后,在不同温度下进行测量,一般温度区间为-25°C到80°C之间;第二,测量步骤要求严格,要求以一定的区间改变温度,并要求在温度改变后指定时间内测量完成,如果测量速度过慢的话,容易造成产品参数不一致;第三,对于大量数据分析和计算困难,由于测量会得到大量的数据,需要对这些数据进行整理和分析,并最终计算得到OCXO的温频特性指标。
[0004] 传统生产一般以人工方式进行,人工操作高低温箱的温度,并进行时间计量,到达时间后再对于被测量的OCXO进行手工切换通道,测量频率,并记录测量数据,等全部测量完毕后手工计算数据或者把数据输入电脑,再由电脑辅助计算。根据产品环境的不同,一般一次测试需要3到5小时,在测试期间,需要员工全时段参与,占用人工,并且由于手工操作,造成效率低下,错误率高,产品参数一致性差。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供了一整套自动测量恒温晶体振荡器温频特性的测量仪器。
[0006] 为了解决上述技术问题,本发明采用以下技术方案:
恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪,包括测试机柜,其特征在于它还包括:
O高低温箱:高低温箱内放置多块晶体振荡器测试板,每块晶体振荡器测试板上设有多块用于插接晶体振荡器的测试插座,高低温箱通过网线与工控电脑相连,接收工控电脑发送的命令,设置不同的测试温度;
2)大功率线性电源:通过电源线与晶体振荡器测试板电连接,为晶体振荡器提供电
源; 3)频率传输转换模块:每块频率传输转换模块通过并口连接线与工控电脑相连,每块频率传输转换模块的传输端口分别与测试插座对应端口通过同轴电缆相连接,用于采集晶体振荡器的频率信号,并接受工控电脑发送的命令,控制传输端口的开关;
4)频率测量仪:通过同轴电缆线与频率传输转换模块相连,通过GPIB线与工控电脑相连,用于读取频率传输转换模块传来的频率信号,并将频率数据传送给工控电脑;
5)工控电脑:控制频率传输转换模块把频率信号送到频率测量仪,给频率测量仪发送控制信号,对频率测量仪进行配置和频率测量,控制高低温箱的启动、停止和温度变化,并能根据每一个温度点的每一个晶振的频率数据,经过计算后给出温频特性参数和曲线图。
[0007]所述试测机柜设有两台大功率线性电源、4台频率传输转换模块,每台频率传输转换模块设有16个频率传输端口,共64个端口,高低温箱内放置两块晶体振荡器测试板,每块晶体振荡器测试板上设有32块测试插座,共64块测试插座,64块测试插座分别与64个端口相对应。
[0008] 所述工控电脑执行以下步骤:
a)首先工控电脑控制高低温箱开始运行,到达设定的温度点后,进行一定时间的稳定,再控制频率传输转换模块和频率测量仪,逐个的测量每一个晶振的频率,并保存数据;
b)然后测量不同的温度点的每一个晶振的频率,从最低温度点开始往最高温度点加温,温度变化以10°C或15°C度递增,每一次到达温度点后,恒温保持10到15分钟,使被测试晶振达到稳定状态,获取晶振的频率,第一个点记为f\,第二个点记为f2,以些类推,并把晶振的标称频率记为f,每个测试点之间的频率差为ΔΑ=:^-:^,Af2=f3-f2,以此类推,使用Af/f,得到第一个频率差值百分比,再乘以109后得到频率差的PPB表示法P1,同理,取得Δ f2后,就可以得到P2,当得到P1后,即与标准温频sP比较,判断产品温频指标是否合格,
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:测量速度快,全自动测量,且每次能同时测量64个,自动切换通道,自动记录数据,因此平均单个测量时间减少,相对传统测量,单个测量时间减少30%以上,一组测量时间减少35%以上;数据自动记录,自动计算,减少人为误差,测量准确率达到99%以上;不占用人工,除了产品上架(约I人5分钟)外,完全不需要人工干预,而传统工序需要全程占用人工4小时以上。
附图说明
[0009] 图I为测量仪的整体结构图。
具体实施方式
[0010] 下面结合附图对本发明作进一步的说明.
如图I所示,整套设备分为测试机柜和高低温箱两个主要总分。测试机柜主要是一个载体,在内部安装设备的各个总分。测试机柜是整套测量设备的核心,包括了大功率线性电源、频率测量仪、工控电脑和频率传输转换模块。
[0011] 大功率线性电源通过电源线与晶体振荡器测试板电连接,为晶体振荡器提供电源,要求电源电压平稳并有足够大的电流。由于同时测量的数量较多,而且单个OCXO的电流较大,因此对于电源要求较高,高低温箱内可放置多块晶体振荡器测试板,高低温箱是一台可电脑控温的成品高低温测试箱,通过网线与工控电脑相连接,高低温箱接收工控电脑发送的命令,设置不同的测试温度。每块晶体振荡器测试板上设有多块用于插接晶体振荡器的测试插座,同时每一个测试插座插座对应一个端口,各个端口与频率传输转换模块的频率传输端口一一对应并连接。由于测试时的温度变化很大,所有材料都必须使用能耐高低温的材料。高低温箱是使用市场上现有产品,在内部搭建测量环境,晶体振荡器测试板与线性电源相连接。测试板包括了卡式测试插座,—对应的卡式测试插座插座的电源开关,LED指不灯,信号输出插头。
[0012] 频率传输转换模块:每块频率传输转换模块通过并口连接线与工控电脑相连,每块频率传输转换模块的传输端口分别与测试插座对应端口通过同轴电缆相连接,用于采集晶体振荡器的频率信号,并接受工控电脑发送的命令,控制传输端口的开关。频率传输转换模块具体包括了比较器芯片和同轴电缆。比较器芯片的受控引脚与工控电脑通过并口线连接,接受工控的控制,比较芯片的输出引脚与同轴电缆相连接,控制同轴电缆中信号是否可以通过。比较器芯片采用74HC85N比较器。
[0013] 频率测量仪:通过同轴电缆线与频率传输转换模块相连,通过GPIB线与工控电脑相连,用于根据工控电脑的命令读取频率传输转换模块传来的频率信号,并将频率数据传送给工控电脑。
[0014] 频率源系统是给频率测量仪提供频率基准,使测量数据更精确,需要选用10MHZ 外部频率源,并且其精度需要达到10_12以上。频率源系统使用国产铷原子钟。
[0015] 控制系统包括工控电脑和控制软件,工控电脑通过GPIB线与频率测量仪连接,通过并口连接线和频率传输转换模块连接,通过网线与高低温箱相连。一方面,控制频率传输转换模块来控制射频通道的开关,把频率信号送到频率测量仪,控制各个端口的开关,可以依次测量到每一个OCXO的频率,另一方面,给频率测量仪发送控制信号,频率测量仪读取频率数据,对频率测量仪进行配置和频率测量,工控电脑还控制高低温箱的启动、停止和温度变化,控制系统负责整个温频测试的测试步骤,在测试完成后,控制系统还负责对采集到的数据进行存储、分析和计算,并能根据每一个温度点的每一个OCXO的频率数据,经过计算后给出温频特性参数和曲线图。
[0016] 本实施例中高低温箱的箱体分隔为两层,上下都是晶体振荡器测试板,每块板有32块测试插座,同时每一个插座对应一个端口,共64个端口,测试机柜的最下面安装两台大功率的线性电源,两台电源分别连接高低温箱中的两块晶体振荡器测试板,给测试的OCXO提供电源。电源上方是工控电脑,分别连接了频率传输转换模块、频率测试仪、高低温箱以及工控电脑的显示器、鼠标、键盘。工控电脑上方为4台频率传输转换模块,每台频率传输控制模块有16个频率传输端口,4台共频率传输64个端口与高低温箱中的测试板上的64个测试插座的端口对应并相连,用于传输频率信号。同时4台频率传输转换模块还分别通过同轴电缆上下相连,频率传输转换模块上面是频率测量仪。
[0017] 在使用时,首先打开高低温箱的电源,把待测试的OCXO安放到测试板上的插座上,打开线性电源给OCXO供电。再打开电脑和频率测试仪,并打开控制软件,每一个OCXO都有一个唯一的编号,把OCXO的编号根据安装的位置输入到软件中。输入数据完成后,运行软件的检测功能,保证每一个安放的OCXO都能被测试到。在软件中建立机种号,设置一批OCXO测量的指标标准,如果已经有合适的机种,则不用再建立。一切准备完成后,点击软件的“开始测试”,软件控制高低温箱开始运行,到达设定的温度点后,进行一定时间的稳定,再控制频率传输转换模块和频率测试仪,逐个的测量每一个OCXO的频率,并保存数据。测量一个温度后,再根据需要,测量不同的温度点的每一个OCXO的频率。从最低温度点开始往最高温度点加温,温度变化以10°c或15°c度递增,每一次到达温度点后,恒温保持10到15分钟,使被测试晶振达到稳定状态,增加测试准确度。对于每一个温度点,获取晶振的频率,第一个点记为fi,第二个点记为f2,以些类推,并把晶振的标称频率记为f,每个测试点之间的频率差为Af2=f3_f2,以此类推。取得Af1后,即可测算此晶振是否不合格,使用AfVf,得到第一个频率差值百分比,再乘以109后得到频率差的PPB表示法P1,同理,取得Af2后,就可以得到P2。当得到P1后,即可以与标准温频sP比较,判断产品温频指标是否合格,只要P1到Pn都在土sP范围内的,即认为产品温频指标合格。等全部温度点都测量完毕后,软件控制高低温箱停止工作,节省电量,同时开始分析所有的数据,计算得出结果。如果OCXO的温频指标合格,则在软件界面上以绿色显示,如果不合格,则以红色显示。至此测试完成。 [0018] 如果需要把以往的数据导出,则可以在软件中点击“数据导出”,可以在各种筛选条件中进行选择和输入后,得到需要的数据,并导出成Excel电子表格。

Claims (3)

1.恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪,包括测试机柜,其特征在于它还包括: 1)高低温箱:高低温箱内放置多块晶体振荡器测试板,每块晶体振荡器测试板上设有多块用于插接晶体振荡器的测试插座,高低温箱通过网线与エ控电脑相连,接收エ控电脑发送的命令,设置不同的测试温度; 2)大功率线性电源:通过电源线与晶体振荡器测试板电连接,为晶体振荡器提供电源; 3)频率传输转换模块:每块频率传输转换模块通过并ロ连接线与エ控电脑相连,每块频率传输转换模块的传输端ロ分别与测试插座对应端ロ通过同轴电缆相连接,用于采集晶体振荡器的频率信号,并接受エ控电脑发送的命令,控制传输端ロ的开关; 4)频率测量仪:通过同轴电缆线与频率传输转换模块相连,通过GPIB线与エ控电脑相连,用于读取频率传输转换模块传来的频率信号,并将频率数据传送给エ控电脑; 5)エ控电脑:控制频率传输转换模块把频率信号送到频率测量仪,给频率測量仪发送控制信号,对频率測量仪进行配置和频率测量,控制高低温箱的启动、停止和温度变化,并能根据每ー个温度点的每ー个晶振的频率数据,经过计算后给出温频特性參数和曲线图。
2.如权利要求I所述的恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪,其特征在于:所述试测机柜设有两台大功率线性电源、4台频率传输转换模块,每台频率传输转换模块设有16个频率传输端ロ,共64个端ロ,高低温箱内放置两块晶体振荡器测试板,每块晶体振荡器测试板上设有32块测试插座,共64块测试插座,64块测试插座分别与64个端ロ相对应。
3.如权利要求I所述的恒温晶体振荡器温频特性自动化测量仪,其特征在于所述エ控电脑执行以下步骤: a)首先エ控电脑控制高低温箱开始运行,到达设定的温度点后,进行一定时间的稳定,再控制频率传输转换模块和频率测量仪,逐个的测量每ー个晶振的频率,并保存数据; b)然后测量不同的温度点的每ー个晶振的频率,从最低温度点开始往最高温度点加温,温度变化以10°C或15°C度递增,每一次到达温度点后,恒温保持10到15分钟,使被测试晶振达到稳定状态,获取晶振的频率,第一个点记为も,第二个点记为f2,以些类推,并把晶振的标称频率记为f,姆个测试点之间的频率差为八も=:^-:^,Af2=f3-f2,以此类推,使用Af/f,得到第一个频率差值百分比,再乘以109后得到频率差的PPB表示法P1,同理,取得Δ f2后,就可以得到P2,当得到P1后,即与标准温频sP比较,判断产品温频指标是否合格。
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