CN117706189A - 振荡器激励功率测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种振荡器激励功率测试装置，装置包括依次连接的采样模块、斩波模块和控制模块；采样模块的两个输入端分别与振荡器的采样电阻的两端连接，用于获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，并将交流电压信号放大至预设倍数；斩波模块用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号；其中，第一目标位置为控制模块能够采集有用信号的位置；控制模块用于采集有用信号，根据预设倍数，将有用信号转换为振荡器的激励电压，并根据激励电压和采样电阻的阻值得到振荡器的激励功率。即本申请的方案，不需要依赖电流探头即可得到振荡器的激励功率，使激励功率的测量精度可以足够精确，满足日益增高的测量精度需求。

Description

振荡器激励功率测试装置

技术领域

本申请涉及振荡器技术领域，尤其涉及一种振荡器激励功率测试装置。

背景技术

激励功率指振荡器的石英晶体振荡时所消耗的电力。但激励功率需要控制在石英晶体的规格参数内。激励功率过大将引起振荡器振荡频率变动、稳定度下降、等效电路参数变化或频率失真等现象。激励功率偏高还可能导致振荡器反复出现异常振荡，从而引发故障。

现有技术中，振荡器激励功率的测试是采用示波器的高精度电流探头，通过电磁感应原理，由示波器测量流过石英晶体的交流电流。此方法测得的激励功率的精度主要取决于电流探头的精度和测量范围。但是，由于目前市面上的电流探头最小电流分辨率精度较小，无法满足日益增高的测量精度需求。

发明内容

本申请提供一种振荡器激励功率测试装置，以解决现有技术中激励功率的测量精度主要取决于电流探头的精度和测量范围，并且由于目前市面上的电流探头最小电流分辨率精度较小，无法满足日益增高的测量精度需求的问题。

本申请提供一种振荡器激励功率测试装置，所述装置包括依次连接的采样模块、斩波模块和控制模块；

所述采样模块的两个输入端分别与振荡器的采样电阻的两端连接，用于获取所述振荡器振荡起始时的交流电压信号，并将所述交流电压信号放大至预设倍数；

所述斩波模块用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号；其中，所述第一目标位置为所述控制模块能够采集所述有用信号的位置；

所述控制模块用于采集所述有用信号，根据所述预设倍数，将所述有用信号转换为所述振荡器的激励电压，并根据所述激励电压和所述采样电阻的阻值得到所述振荡器的激励功率。

本申请的方案，振荡器激励功率测试装置包括依次连接的采样模块、斩波模块和控制模块；采样模块的两个输入端分别与振荡器的采样电阻的两端连接，用于获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，并将交流电压信号放大至预设倍数；斩波模块用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号；其中，第一目标位置为控制模块能够采集有用信号的位置；控制模块用于采集有用信号，根据预设倍数，将有用信号转换为振荡器的激励电压，并根据激励电压和采样电阻的阻值得到振荡器的激励功率。即本申请的方案，一方面，通过获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，并对交流电压信号进行处理后得到振荡器的激励电压，进而得到振荡器的激励功率，即不需要依赖电流探头即可得到振荡器的激励功率，使激励功率的测量精度不会受到电流探头的精度影响。另一方面，采样模块获取振荡器振荡起始时的交流电压信号后，对交流电压信号进行放大，因此获取到的交流电压信号可以足够小，进而使得得到的振荡器的激励功率可以足够精确，满足日益增高的测量精度需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请提供的振荡器激励功率测试装置的一个结构示意图；

图2是本申请提供的振荡器激励功率测试装置的另一结构示意图；

图3是本申请提供的振荡器激励功率测试装置的另一结构示意图；

图4是本申请提供的振荡器激励功率测试装置的一个示例性激励功率测试过程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。

图1是本申请提供的振荡器激励功率测试装置的一个结构示意图，该装置可适用于对振荡器的激励功率进行测试。如图1所示，该振荡器激励功率测试装置01包括依次连接的采样模块02、斩波模块03和控制模块04。

采样模块02的两个输入端分别与振荡器的采样电阻11的两端连接，用于获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，并将交流电压信号放大至预设倍数。

具体的，采样模块02的两个输入端分别与振荡器的采样电阻11的两端连接，能够获取采样电阻11两端的交流电压信号。在振荡器振荡起始时，采样模块02的两个输入端获取振荡器振荡起始时的交流电压信号。在获取振荡器振荡起始时的交流电压信号后，将交流电压信号放大至预设倍数。预设倍数为预设的采样模块02中的增益倍数。因为采样模块02后的各个模块是对放大后的信号进行处理，所以在保证放大后的信号满足其他模块的处理条件时，预设倍数越大，采样模块02得到的信号就可以越小，测量精度也因此提高。

斩波模块03用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号。

其中，第一目标位置为控制模块04能够采集有用信号的位置。

具体的，斩波模块03接收到由采样模块02发送的放大后的交流电压信号，并将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号。频域坐标系是描述信号在频率方面特性时的坐标系，横轴是频率，纵轴是该信号的幅度。有用信号指的是放大后的交流电压信号中有用的信号，即控制模块04计算振荡器的激励功率时需要的信号。斩波模块03利用信号相关性，对放大后的交流电压信号在频域上进行变换，使放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号。示例地，第一目标位置可以是频域坐标系上从距离频域坐标系的纵轴-1kHz(千赫兹)至距离频域坐标系的纵轴1kHz的位置。

可选地，斩波模块03还用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第二目标位置的噪声信号，并将噪声信号滤除。

其中，第二目标位置为斩波模块03能够滤除信号的位置。

具体的，斩波模块03接收到由采样模块02发送的放大后的交流电压信号后，斩波模块03利用信号相关性，对放大后的交流电压信号在频域上进行变换，将放大后的交流电压信号中的噪声信号转换为在频域上处于第二目标位置的噪声信号，并将噪声信号滤除。示例地，第二目标位置可以是频域坐标系上从距离频域坐标系的纵轴20kHz至距离频域坐标系的纵轴21kHz的位置。

示例性的，斩波模块03接收到由采样模块02发送的放大后的交流电压信号后，斩波模块03利用信号相关性，对放大后的交流电压信号在频域上进行变换，使处于第二目标位置的有用信号转换为处于第一目标位置的有用信号，并且使处于第一目标位置的噪声信号转换为处于第二目标位置的噪声信号，并将噪声信号滤除。

可选地，噪声信号包括以下至少一项：失调噪声以及闪烁噪声。

具体的，失调噪声以及闪烁噪声均为低频噪声，容易对第一目标位置的有用信号产生干扰。斩波模块03将失调噪声和/或闪烁噪声转换为在频域上处于第二目标位置的噪声信号，并将噪声信号滤除。提高了信噪比，从而提高了测量精确度，进一步提高了激励功率测量的分辨率。

控制模块04用于采集有用信号，根据预设倍数，将有用信号转换为振荡器的激励电压，并根据激励电压和采样电阻11的阻值得到振荡器的激励功率。

具体的，控制模块04对第一目标位置的有用信号进行采集，得到有用信号幅度，例如可以采集第一目标位置内的最高幅度作为有用信号幅度。得到有用信号幅度后，根据预设倍数，对有用信号幅度进行相应倍数缩小，得到振荡器的激励电压。根据激励电压和采样电阻11的阻值，基于欧姆定律，得到振荡器的激励电流，进一步得到振荡器的激励功率。

可选地，振荡器激励功率测试装置01为进行过校准的振荡器激励功率测试装置01。

具体的，振荡器激励功率测试装置01在用于测试振荡器激励功率之前，对振荡器激励功率测试装置01进行校准。在振荡器激励功率测试装置01上接一个恒定电流源(也称为恒流源)，通过振荡器激励功率测试装置01确定该恒流源的电流值。若得到的电流值与恒流源电流值匹配，即电流值与恒流源电流值误差在预设误差范围内，则确定振荡器激励功率测试装置01可以使用。若得到的电流值与恒流源电流值不匹配，即电流值与恒流源电流值误差在预设误差范围之外，则确定振荡器激励功率测试装置01不可以使用，对振荡器激励功率测试装置01进行调整，并再次进行校准，直至得到的电流值与恒流源电流值匹配。

本申请的方案，振荡器激励功率测试装置包括依次连接的采样模块、斩波模块和控制模块；采样模块的两个输入端分别与振荡器的采样电阻的两端连接，用于获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，并将交流电压信号放大至预设倍数；斩波模块用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号；其中，第一目标位置为控制模块能够采集有用信号的位置；控制模块用于采集有用信号，根据预设倍数，将有用信号转换为振荡器的激励电压，并根据激励电压和采样电阻的阻值得到振荡器的激励功率。即本申请的方案，一方面，通过获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，并对交流电压信号进行处理后得到振荡器的激励电压，进而得到振荡器的激励功率，即不需要依赖电流探头即可得到振荡器的激励功率，使激励功率的测量精度不会受到电流探头的精度影响。另一方面，采样模块获取振荡器振荡起始时的交流电压信号后，对交流电压信号进行放大，因此获取到的交流电压信号可以足够小，进而使得得到的振荡器的激励功率可以足够精确，满足日益增高的测量精度需求。

图2是本申请提供的振荡器激励功率测试装置的另一结构示意图，本实施例在图1所示振荡器激励功率测试装置01的基础上，将振荡器激励功率测试装置01的采样模块02、斩波模块03和控制模块04分别进行进一步细化。并且，对加入低通滤波模块05的振荡器激励功率测试装置01进行描述。

可选地，采样模块02为高阻有源探头，包括与振荡器的采样电阻11的两端分别连接的高阻探头，以及放大器23，两个高阻探头均与放大器23连接。

两个高阻探头分别与振荡器的采样电阻11的两端连接，用于获取所述振荡器振荡起始时的交流电压信号。

放大器23用于将交流电压信号放大至预设倍数。

具体的，如图2所示，高阻探头21和高阻探头22分别与振荡器的采样电阻11的两端连接，能够获取采样电阻11两端的交流电压信号。在振荡器振荡起始时，高阻探头21和高阻探头22获取振荡器振荡起始时的交流电压信号。在获取振荡器振荡起始时的交流电压信号后，放大器23将交流电压信号放大至预设倍数。预设倍数为预设的放大器23中的增益倍数。

可选地，斩波模块03包括相互连接的斩波电路31和滤波设备32。

斩波电路31用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号和处于第二目标位置的噪声信号。

滤波设备32用于滤除处于第二目标位置的噪声信号。

具体的，如图2所示，斩波电路31接收到由放大器23发送的放大后的交流电压信号，并将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号和处于第二目标位置的噪声信号。斩波模块03利用信号相关性，对放大后的交流电压信号在频域上进行变换，使放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号和处于第二目标位置的噪声信号。示例地，第一目标位置可以是频域坐标系上从距离频域坐标系的纵轴-1kHz至距离频域坐标系的纵轴1kHz的位置。第二目标位置可以是频域坐标系上从距离频域坐标系的纵轴20kHz至距离频域坐标系的纵轴21kHz的位置。

示例性的，放大后的交流电压信号包括频域坐标系上位于从距离频域坐标系的纵轴20kHz至距离频域坐标系的纵轴21kHz的位置的有用信号，以及位于从距离频域坐标系的纵轴-1kHz至距离频域坐标系的纵轴1kHz的位置的噪声信号。斩波电路31接收到由放大器23发送的放大后的交流电压信号后，将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于从距离频域坐标系的纵轴-1kHz至距离频域坐标系的纵轴1kHz的位置的有用信号，以及处于从距离频域坐标系的纵轴20kHz至距离频域坐标系的纵轴21kHz的位置的噪声信号。

滤波设备32接收到处于第一目标位置的有用信号和处于第二目标位置的噪声信号后，将处于第二目标位置的噪声信号滤除。将处于第二目标位置的噪声信号滤除后，提高了信噪比，从而提高了测量精确度，进一步提高了激励功率测量的分辨率。

可选地，控制模块04包括相互连接的信号采集单元41以及处理单元42。

信号采集单元41用于采集有用信号的多个分量信号。

处理单元42用于根据预设倍数，将多个分量信号转换为振荡器的激励电压，并根据激励电压和采样电阻11的阻值得到振荡器的激励功率。

具体的，如图2所示，信号采集单元41对第一目标位置的有用信号进行采集，得到有用信号的多个分量信号。示例地，每间隔100Hz对有用信号进行一次采集。信号采集单元41可以是模数转换器。

处理单元42将多个分量信号进行计算，得到多个分量信号的统计参数，例如得到多个分量信号的平均值，作为信号值。根据预设倍数，对信号值进行相应倍数缩小，得到振荡器的激励电压。根据激励电压和采样电阻11的阻值，基于欧姆定律，得到振荡器的激励电流，进一步得到振荡器的激励功率。

可选地，处理单元42包括相互连接的转换单元421以及计算单元422。

转换单元421用于确定多个分量信号的统计参数，并根据预设倍数，将统计参数转换为振荡器的激励电压。

计算单元422用于根据激励电压和采样电阻11的阻值得到振荡器的激励功率。

具体的，如图2所示，转换单元421将多个分量信号进行计算，确定多个分量信号的统计参数，例如得到多个分量信号的平均值，作为信号值。并根据预设倍数，对信号值进行相应倍数缩小，转换得到振荡器的激励电压。计算单元422根据激励电压和采样电阻11的阻值，基于欧姆定律，得到振荡器的激励电流，进一步得到振荡器的激励功率。

可选地，转换单元421具体用于确定多个分量信号的均方根值。

具体的，转换单元421具体确定多个分量信号的统计参数时，确定的统计参数为均方根值。

可选地，振荡器激励功率测试装置01还包括低通滤波模块05。低通滤波模块05设置于斩波模块03与控制模块04之间。低通滤波模块05用于对有用信号进行低通滤波，得到低通滤波后的有用信号。

具体的，低通滤波模块05可以是低通滤波器。图3是本申请提供的振荡器激励功率测试装置01的另一结构示意图。如图3所示，斩波模块03输出的有用信号中，可能包括其他斩波模块03没有滤除的噪声信号。低通滤波模块05对有用信号进行低通滤波，得到低通滤波后的有用信号。进一步消除了噪声，提高了信噪比，从而提高了测量精确度。

示例性的，斩波模块03接收到由采样模块02发送的放大后的交流电压信号后，斩波模块03利用信号相关性，对放大后的交流电压信号在频域上进行变换，使处于第二目标位置的有用信号转换为处于第一目标位置的有用信号，并且使处于第一目标位置的噪声信号转换为处于第二目标位置的噪声信号，并将噪声信号滤除。低通滤波模块05接收斩波模块03发送的有用信号，进行低通滤波，得到低通滤波后的有用信号。

控制模块04用于采集低通滤波后的有用信号，根据预设倍数，将低通滤波后的有用信号转换为振荡器的激励电压，并根据激励电压和采样电阻11的阻值得到振荡器的激励功率。

在一种可能的实施方式中，控制模块04对第一目标位置的低通滤波后的有用信号进行采集，得到低通滤波后的有用信号幅度，例如可以采集第一目标位置内的最高幅度作为低通滤波后的有用信号幅度。得到低通滤波后的有用信号幅度后，根据预设倍数，对低通滤波后的有用信号幅度进行相应倍数缩小，得到振荡器的激励电压。根据激励电压和采样电阻11的阻值，基于欧姆定律，得到振荡器的激励电流，进一步得到振荡器的激励功率。

在另一种可能的实施方式中，信号采集单元41对第一目标位置的低通滤波后的有用信号进行采集，得到低通滤波后的有用信号的多个分量信号。处理单元42中的转换单元421将低通滤波后的有用信号的多个分量信号进行计算，确定多个分量信号的统计参数，例如得到多个分量信号的平均值，作为信号值。并根据预设倍数，对信号值进行相应倍数缩小，转换得到振荡器的激励电压。处理单元42中的计算单元422根据激励电压和采样电阻11的阻值，基于欧姆定律，得到振荡器的激励电流，进一步得到振荡器的激励功率。

示例性的，图4是本申请提供的振荡器激励功率测试装置01的一个示例性激励功率测试过程图。如图4所示，振荡器简化电路图由振荡器石英晶体X101、内部反馈电阻R110、采样电阻R101、第一电容C174和第二电容C175组成，X_in和X_out是石英晶体X101的两个引脚。高阻探头21和高阻探头22分别与采样电阻R101的两端连接，获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，放大器23将该交流电压信号放大至预设倍数。放大后的交流电压信号输入斩波电路31中，斩波电路31将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号和处于第二目标位置的噪声信号，滤波设备32滤除处于第二目标位置的噪声信号。低通滤波模块05对有用信号进行低通滤波，得到低通滤波后的有用信号。信号采集单元41对低通滤波后的有用信号进行采集，得到低通滤波后的有用信号的多个分量信号。处理单元42中的转换单元421将多个分量信号进行计算，确定多个分量信号的均方根值。并根据预设倍数，对均方根值进行相应倍数缩小，转换得到振荡器的激励电压。处理单元42中的计算单元422根据激励电压和采样电阻R101的阻值，基于欧姆定律，得到振荡器的激励电流，进一步得到振荡器的激励功率。

本申请的方案，通过高阻探头获取振荡器振荡起始时的交流电压信号，能够避免探头引入额外负载，从而影响测量精确度。通过放大器的增益倍数对交流电压信号进行放大，在保证放大后的信号满足其他模块的处理条件时，放大器的增益倍数越大，高阻探头得到的信号就可以越小，测量精度也因此提高。斩波电路将噪声信号转换到第二目标位置，滤波设备将处于第二目标位置的噪声信号滤除，提高了信噪比，从而提高了测量精确度，进一步提高了激励功率测量的分辨率。信号采集单元采集有用信号的多个分量信号，处理单元的转换单元得到多个分量信号的统计参数并转换为激励电压，提高了激励电压测量的准确程度。

值得注意的是，上述振荡器激励功率测试装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述装置包括依次连接的采样模块、斩波模块和控制模块；

所述采样模块的两个输入端分别与振荡器的采样电阻的两端连接，用于获取所述振荡器振荡起始时的交流电压信号，并将所述交流电压信号放大至预设倍数；

所述斩波模块用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第一目标位置的有用信号；其中，所述第一目标位置为所述控制模块能够采集所述有用信号的位置；

所述控制模块用于采集所述有用信号，根据所述预设倍数，将所述有用信号转换为所述振荡器的激励电压，并根据所述激励电压和所述采样电阻的阻值得到所述振荡器的激励功率。

2.根据权利要求1所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述采样模块为高阻有源探头，包括与所述振荡器的采样电阻的两端分别连接的高阻探头，以及放大器，两个所述高阻探头均与所述放大器连接；

两个所述高阻探头分别与所述振荡器的采样电阻的两端连接，用于获取所述振荡器振荡起始时的交流电压信号；

所述放大器用于将所述交流电压信号放大至预设倍数。

3.根据权利要求1所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述斩波模块还用于将放大后的交流电压信号转换为在频域上处于第二目标位置的噪声信号，并将所述噪声信号滤除；其中，所述第二目标位置为所述斩波模块能够滤除信号的位置。

4.根据权利要求3所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述斩波模块包括相互连接的斩波电路和滤波设备；

所述斩波电路用于将所述放大后的交流电压信号转换为在频域上处于所述第一目标位置的有用信号和所述处于第二目标位置的噪声信号；

所述滤波设备用于滤除所述处于第二目标位置的噪声信号。

5.根据权利要求3所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述噪声信号包括以下至少一项：失调噪声以及闪烁噪声。

6.根据权利要求1所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述控制模块包括相互连接的信号采集单元以及处理单元；

所述信号采集单元用于采集所述有用信号的多个分量信号；

所述处理单元用于根据所述预设倍数，将所述多个分量信号转换为所述振荡器的激励电压，并根据所述激励电压和所述采样电阻的阻值得到所述振荡器的激励功率。

7.根据权利要求6所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述处理单元包括相互连接的转换单元以及计算单元；

所述转换单元用于确定所述多个分量信号的统计参数，并根据所述预设倍数，将所述统计参数转换为所述振荡器的激励电压；

所述计算单元用于根据所述激励电压和所述采样电阻的阻值得到所述振荡器的激励功率。

8.根据权利要求7所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述转换单元具体用于确定所述多个分量信号的均方根值。

9.根据权利要求1所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述装置还包括低通滤波模块；

所述低通滤波模块设置于所述斩波模块与所述控制模块之间；

所述低通滤波模块用于对所述有用信号进行低通滤波，得到低通滤波后的有用信号；

所述控制模块用于采集所述低通滤波后的有用信号，根据所述预设倍数，将所述低通滤波后的有用信号转换为所述振荡器的激励电压，并根据所述激励电压和所述采样电阻的阻值得到所述振荡器的激励功率。

10.根据权利要求1所述的振荡器激励功率测试装置，其特征在于，所述振荡器激励功率测试装置为进行过校准的振荡器激励功率测试装置。