CN112130001A

CN112130001A - 一种lcr阻抗测试设备

Info

Publication number: CN112130001A
Application number: CN202011300338.0A
Authority: CN
Inventors: 陈希辰; 李凯; 钟有权; 郑俊岭
Original assignee: Foshan Linkage Technology Co ltd
Current assignee: Foshan Linkage Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2020-12-25
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: CN112130001B

Abstract

本发明公开了一种LCR阻抗测试设备，包括：DDS信号发生器、放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、自动增益控制器、相位检测器、第一乘法器、第二乘法器、加法器、宽带缓冲电路、处理器和档位电阻。本发明通过DDS信号发生器、放大器、自动增益控制器、相位检测器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一乘法器、第二乘法器、加法器、带宽缓冲电路和档位电阻形成自动平衡电桥，利用自动平衡电桥的原理来测试待测设备的阻抗。其中，本发明的测试设备的工作频率上限可以到达30MHz，完全满足超过100KHz的阻抗测试的要求。本发明主要用于测试技术领域。

Description

一种LCR阻抗测试设备

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种LCR阻抗测试设备。

背景技术

现有的LCR阻抗测试设备一般采用自平衡电桥进行测试，传统的自平衡电桥，使用运放输入引脚的虚地原理进行测试。此种测试方法在低频下具有很好的性能，能达到满意的测试精度。但是在频率超过100KHz以后，因为运放工作带宽的限制，不再平衡，无法正常工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种LCR阻抗测试设备，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种LCR阻抗测试设备，包括：DDS信号发生器、放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、自动增益控制器、相位检测器、第一乘法器、第二乘法器、加法器、宽带缓冲电路、处理器和档位电阻，所述档位电阻与待测设备串接；所述DDS信号发生器产生正交信号，分别为正弦波基准信号和余弦波基准信号；所述正弦波基准信号通过放大器放大输出正弦波电压测试信号，所述正弦波电压测试信号通过待测设备产生输出电流；所述自动增益控制器检测所述输出电流并输出增益电压矢量信号；所述相位检测器将所述增益电压矢量信号分解成正交的实部电压向量信号和虚部电压向量信号；所述实部电压向量信号输入第一低通滤波器输出表征所述实部电压向量信号的相位的第一直流电压；所述虚部电压向量信号输入第二低通滤波器输出表征所述虚部电压向量信号的相位的第二直流电压；第一直流电压与正弦波基准信号通过第一乘法器相乘得到第一矢量电压信号；第二直流电压与余弦波基准信号通过第二乘法器相乘得到第二矢量电压信号；所述第一矢量电压信号和第二矢量电压信号通过加法器进行反向相加得到相位相差180°的目标电压信号；所述目标电压信号经过宽带缓冲电路放大并加载的档位电阻以平衡待测设备产生的输出电流；所述处理器通过数学模型计算得到待测设备的阻抗，所述数学模型为：

Z=R*(Vd/Vr)；

其中，Z 表示待测设备的阻抗，R是档位电阻的电阻值，Vd是所述正弦波电压测试信号，Vr是目标电压信号。

进一步，本LCR阻抗测试设备还包括第三低通滤波器，所述第三低通滤波器用于对进入放大器前的正弦波基准信号进行滤波处理。

进一步，所述自动增益控制器包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容、第一AD603AR芯片、第二AD603AR芯片、可变电阻、第一二极管、第二二极管、第一三极管、第二三极管、+5V节点和-5V节点；所述第一电容的一端分别与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极和待测设备的电流输出节点连接；所述第一电容的另一端与第一AD603AR芯片的第三引脚连接，所述第一AD603AR芯片的第四引脚分别与第一电阻的一端、第二电容的一端连接；所述第一AD603AR芯片的第二引脚分别与第三电容的一端、第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端、第四电容的一端和第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端分别与第八电容的一端、第十二电阻的一端和第十一电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与+5V节点连接；所述第一AD603AR芯片的第五引脚分别与第六电容的一端和第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端分别与第七电阻的一端、第八电阻的一端、第一AD603AR芯片的第七引脚和第十二电容的一端连接，所述第八电阻的另一端与第七电容的一端连接，所述第十二电容的另一端与第二AD603AR芯片的第三引脚连接；所述第一AD603AR芯片的第一引脚分别与第五电容的一端和第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端分别与第九电容的一端、第十四电阻的一端、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极与第十五电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端分别与+5V节点、第十六电阻的一端和第十七电容的一端连接，所述第十六电阻的另一端分别与第十七电阻的一端和第一三极管的基极连接；所述第十七电阻的另一端分别与第二三极管的基极和第十八电阻的一端连接，所述第十八电阻的另一端分别与-5V节点和第十八电容的一端连接；所述第二三极管的发射极与第十九电阻的一端连接，所述第十九电阻的另一端分别于第二AD603AR芯片的第七引脚、第十三电阻的一端和相位检测器连接；所述第二AD603AR芯片的第四引脚分别与第十三电容的一端、第十电容的一端和可变电阻的移动端连接；所述可变电阻的一定端与第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与+5V节点连接，所述可变电阻的另一定端与第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端与-5V节点连接；所述第二AD603AR芯片的第五引脚分别与第十九电容的一端和第十三电阻的另一端连接；所述第二AD603AR芯片的第一引脚分别与第十四电阻的另一端和第十六电容的一端连接；所述第一二极管的阴极、第二二极管的阳极、第一电阻的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端、第六电容的另一端、第五电容的另一端、第七电阻的另一端、第七电容的另一端、第九电容的另一端、第八电容的另一端、第十三电容的另一端、第十四电容的另一端、第十电容的另一端、第十八电容的另一端、第十六电容的另一端、第十七电容的另一端和第十九电容的另一端分别对地连接；所述第一AD603AR芯片和第二AD603AR芯片串接形成100db的增益。

进一步，所述处理器包括FPGA芯片、第一AD转换单元、第二AD转换单元，所述FPGA芯片通过第一AD转换单元采集并得到目标电压信号，所述FPGA芯片通过第二AD转换单元采集并得到正弦波电压测试信号。

本发明的有益效果是：本发明通过DDS信号发生器、放大器、自动增益控制器、相位检测器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、第一乘法器、第二乘法器、加法器、带宽缓冲电路和档位电阻形成自动平衡电桥，利用自动平衡电桥的原理来测试待测设备的阻抗。其中，本发明的测试设备的工作频率上限可以到达30MHz，完全满足超过100KHz的阻抗测试的要求。

附图说明

图1是LCR阻抗测试设备的电路原理图；

图2是自动增益控制器的电路连接结构示意图；

图3是处理器的电路原理图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参考图1, 一种LCR阻抗测试设备，包括：DDS信号发生器100、放大器200、第一低通滤波器410、第二低通滤波器420、自动增益控制器300、相位检测器310、第一乘法器510、第二乘法器520、加法器600、宽带缓冲电路700、处理器900和档位电阻800，所述档位电阻800与待测设备820串接；DDS信号发生器100产生正交信号，分别为正弦波基准信号和余弦波基准信号；所述正弦波基准信号通过放大器200放大输出正弦波电压测试信号，所述正弦波电压测试信号通过待测设备820产生输出电流；所述自动增益控制器300检测所述输出电流并输出增益电压矢量信号；所述相位检测器310将所述增益电压矢量信号分解成正交的实部电压向量信号和虚部电压向量信号；所述实部电压向量信号输入第一低通滤波器410输出表征所述实部电压向量信号的相位的第一直流电压；所述虚部电压向量信号输入第二低通滤波器420输出表征所述虚部电压向量信号的相位的第二直流电压；第一直流电压与正弦波基准信号通过第一乘法器510相乘得到第一矢量电压信号；第二直流电压与余弦波基准信号通过第二乘法器520相乘得到第二矢量电压信号；所述第一矢量电压信号和第二矢量电压信号通过加法器600进行反向相加得到相位相差180°的目标电压信号；所述目标电压信号经过宽带缓冲电路700放大并加载的档位电阻800以平衡待测设备820产生的输出电流；所述处理器900通过数学模型计算得到待测设备820的阻抗，所述数学模型为：

Z=R*(Vd/Vr)；

其中，Z 表示待测设备820的阻抗，R是档位电阻800的电阻值，Vd是所述正弦波电压测试信号，Vr是目标电压信号。

本发明通过DDS信号发生器100、放大器200、自动增益控制器300、相位检测器310、第一低通滤波器410、第二低通滤波器420、第一乘法器510、第二乘法器520、加法器600、带宽缓冲电路700和档位电阻800形成自动平衡电桥，利用自动平衡电桥的原理来测试待测设备820的阻抗。其中，本发明的测试设备的工作频率上限可以到达30MHz，完全满足超过100KHz的阻抗测试的要求。

在一些实施例中，本LCR阻抗测试设备还包括第三低通滤波器430，所述第三低通滤波器430用于对进入放大器200前的正弦波基准信号进行滤波处理。通过第三低通滤波器430可以对正弦波基准信号进行过滤，提升正弦波基准信号的稳定性。

参考图2，对于自动增益控制器300，在一些实施例中，所述自动增益控制器300包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第一AD603AR芯片U1、第二AD603AR芯片U2、可变电阻K1、第一二极管D1、第二二极管D2、+5V节点+5VB和-5V节点-5VB；所述第一电容C1的一端分别与第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极和待测设备820的电流输出节点810连接；所述第一电容C1的另一端与第一AD603AR芯片U1的第三引脚连接，所述第一AD603AR芯片U1的第四引脚分别与第一电阻R1的一端、第二电容C2的一端连接；所述第一AD603AR芯片U1的第二引脚分别与第三电容C3的一端、第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端分别与第三电阻R3的一端、第四电容C4的一端和第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端分别与第八电容C8的一端、第十二电阻R12的一端和第十一电阻R11的一端连接，所述第三电阻R3的另一端与+5V节点+5VB连接；所述第一AD603AR芯片U1的第五引脚分别与第六电容C6的一端和第四电阻R4的一端连接，所述第四电阻R4的另一端分别与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端、第一AD603AR芯片U1的第七引脚和第十二电容C12的一端连接，所述第八电阻R8的另一端与第七电容C7的一端连接，所述第十二电容C12的另一端与第二AD603AR芯片U2的第三引脚连接；所述第一AD603AR芯片U1的第一引脚分别与第五电容C5的一端和第五电阻R5的一端连接，所述第五电阻R5的另一端分别与第九电容C9的一端、第十四电阻R14的一端、第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极连接；所述第一三极管Q1的发射极与第十五电阻R15的一端连接，所述第十五电阻R15的另一端分别与+5V节点+5VB、第十六电阻R16的一端和第十七电容C17的一端连接，所述第十六电阻R16的另一端分别与第十七电阻R17的一端和第一三极管Q1的基极连接；所述第十七电阻R17的另一端分别与第二三极管Q2的基极和第十八电阻R18的一端连接，所述第十八电阻R18的另一端分别与-5V节点-5VB和第十八电容C18的一端连接；所述第二三极管Q2的发射极与第十九电阻R19的一端连接，所述第十九电阻R19的另一端分别于第二AD603AR芯片U2的第七引脚、第十三电阻R13的一端和相位检测器310连接；所述第二AD603AR芯片U2的第四引脚分别与第十三电容C13的一端、第十电容C10的一端和可变电阻K1的移动端连接；所述可变电阻K1的一定端与第九电阻R9的一端连接，所述第九电阻R9的另一端与+5V节点+5VB连接，所述可变电阻K1的另一定端与第十电阻R10的一端连接，所述第十电阻R10的另一端与-5V节点-5VB连接；所述第二AD603AR芯片U2的第五引脚分别与第十九电容C19的一端和第十三电阻R13的另一端连接；所述第二AD603AR芯片U2的第一引脚分别与第十四电阻R14的另一端和第十六电容C16的一端连接；所述第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阳极、第一电阻R1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第四电容C4的另一端、第六电容C6的另一端、第五电容C5的另一端、第七电阻R7的另一端、第七电容C7的另一端、第九电容C9的另一端、第八电容C8的另一端、第十三电容C13的另一端、第十四电容C14的另一端、第十电容C10的另一端、第十八电容C18的另一端、第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端和第十九电容C19的另一端分别对地GND连接；所述第一AD603AR芯片U1和第二AD603AR芯片U2串接形成100db的增益。

其中，利用第一AD603AR芯片U1和第二AD603AR芯片U2形成核心芯片，而通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电容C14、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、可变电阻K1、第一二极管D1、第二二极管D2、+5V节点+5VB和-5V节点-5VB形成第一AD603AR芯片U1和第二AD603AR芯片U2的外围。通过第一AD603AR芯片U1和第二AD603AR芯片U2串联后形成100db的增益。放大后的信号通过第一三极管Q1、第二三极管Q2以及附属元件整流滤波，反馈一个直流信号用来控制第一AD603AR芯片U1和第二AD603AR芯片U2的增益。通过自动增益控制器300可以把最微弱的交流信号放大到固定值1V左右，供给后面的相位检测器310正常的输入信号。

参考图3，在一些实施例中，所述处理器900包括FPGA芯片910、第一AD转换单元920、第二AD转换单元930，所述FPGA芯片910通过第一AD转换单元920采集并得到目标电压信号，所述FPGA芯片910通过第二AD转换单元930采集并得到正弦波电压测试信号。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种LCR阻抗测试设备，其特征在于，包括：DDS信号发生器、放大器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、自动增益控制器、相位检测器、第一乘法器、第二乘法器、加法器、宽带缓冲电路、处理器和档位电阻，所述档位电阻与待测设备串接；所述DDS信号发生器产生正交信号，分别为正弦波基准信号和余弦波基准信号；所述正弦波基准信号通过放大器放大输出正弦波电压测试信号，所述正弦波电压测试信号通过待测设备产生输出电流；所述自动增益控制器检测所述输出电流并输出增益电压矢量信号；所述相位检测器将所述增益电压矢量信号分解成正交的实部电压向量信号和虚部电压向量信号；所述实部电压向量信号输入第一低通滤波器输出表征所述实部电压向量信号的相位的第一直流电压；所述虚部电压向量信号输入第二低通滤波器输出表征所述虚部电压向量信号的相位的第二直流电压；第一直流电压与正弦波基准信号通过第一乘法器相乘得到第一矢量电压信号；第二直流电压与余弦波基准信号通过第二乘法器相乘得到第二矢量电压信号；所述第一矢量电压信号和第二矢量电压信号通过加法器进行反向相加得到相位相差180°的目标电压信号；所述目标电压信号经过宽带缓冲电路放大并加载的档位电阻以平衡待测设备产生的输出电流；所述处理器通过数学模型计算得到待测设备的阻抗，所述数学模型为：

Z=R*(Vd/Vr)；

2.根据权利要求1所述的一种LCR阻抗测试设备，其特征在于：还包括第三低通滤波器，所述第三低通滤波器用于对进入放大器前的正弦波基准信号进行滤波处理。

3.根据权利要求1所述的一种LCR阻抗测试设备，其特征在于：所述自动增益控制器包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十二电容、第十三电容、第十四电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容、第十九电容、第一AD603AR芯片、第二AD603AR芯片、可变电阻、第一二极管、第二二极管、第一三极管、第二三极管、+5V节点和-5V节点；所述第一电容的一端分别与第一二极管的阳极、第二二极管的阴极和待测设备的电流输出节点连接；所述第一电容的另一端与第一AD603AR芯片的第三引脚连接，所述第一AD603AR芯片的第四引脚分别与第一电阻的一端、第二电容的一端连接；所述第一AD603AR芯片的第二引脚分别与第三电容的一端、第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端分别与第三电阻的一端、第四电容的一端和第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端分别与第八电容的一端、第十二电阻的一端和第十一电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与+5V节点连接；所述第一AD603AR芯片的第五引脚分别与第六电容的一端和第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端分别与第七电阻的一端、第八电阻的一端、第一AD603AR芯片的第七引脚和第十二电容的一端连接，所述第八电阻的另一端与第七电容的一端连接，所述第十二电容的另一端与第二AD603AR芯片的第三引脚连接；所述第一AD603AR芯片的第一引脚分别与第五电容的一端和第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端分别与第九电容的一端、第十四电阻的一端、第一三极管的集电极和第二三极管的集电极连接；所述第一三极管的发射极与第十五电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端分别与+5V节点、第十六电阻的一端和第十七电容的一端连接，所述第十六电阻的另一端分别与第十七电阻的一端和第一三极管的基极连接；所述第十七电阻的另一端分别与第二三极管的基极和第十八电阻的一端连接，所述第十八电阻的另一端分别与-5V节点和第十八电容的一端连接；所述第二三极管的发射极与第十九电阻的一端连接，所述第十九电阻的另一端分别于第二AD603AR芯片的第七引脚、第十三电阻的一端和相位检测器连接；所述第二AD603AR芯片的第四引脚分别与第十三电容的一端、第十电容的一端和可变电阻的移动端连接；所述可变电阻的一定端与第九电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与+5V节点连接，所述可变电阻的另一定端与第十电阻的一端连接，所述第十电阻的另一端与-5V节点连接；所述第二AD603AR芯片的第五引脚分别与第十九电容的一端和第十三电阻的另一端连接；所述第二AD603AR芯片的第一引脚分别与第十四电阻的另一端和第十六电容的一端连接；所述第一二极管的阴极、第二二极管的阳极、第一电阻的另一端、第二电容的另一端、第三电容的另一端、第四电容的另一端、第六电容的另一端、第五电容的另一端、第七电阻的另一端、第七电容的另一端、第九电容的另一端、第八电容的另一端、第十三电容的另一端、第十四电容的另一端、第十电容的另一端、第十八电容的另一端、第十六电容的另一端、第十七电容的另一端和第十九电容的另一端分别对地连接；所述第一AD603AR芯片和第二AD603AR芯片串接形成100db的增益。

4.根据权利要求1所述的一种LCR阻抗测试设备，其特征在于：所述处理器包括FPGA芯片、第一AD转换单元、第二AD转换单元，所述FPGA芯片通过第一AD转换单元采集并得到目标电压信号，所述FPGA芯片通过第二AD转换单元采集并得到正弦波电压测试信号。