CN202330599U

CN202330599U - Lcr数字电桥

Info

Publication number: CN202330599U
Application number: CN2011204940817U
Authority: CN
Inventors: 沈小锋; 丁杨
Original assignee: CHANGZHOU ZCTEK INSTRUMENTS CO LTD
Current assignee: CHANGZHOU ZCTEK INSTRUMENTS CO LTD
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2021-12-02

Abstract

一种LCR数字电桥，它包括基准时钟、与基准时钟相连的三个DDS信号源、测量信号发生器、源电阻、连接被测元件的输入电路、自动平衡电桥、两滤波器、两混频器、双路同步A/D转换器和ARM处理器，测试信号通过源电阻去驱动被测元件，被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连，自动平衡电桥使Lp端始终虚地，形成两路矢量电压。被测的两路矢量电压经分别滤波、混频后一起送入双路同步A/D转换器，输出至ARM，ARM处理器输出对应电参数进行显示或分选。本实用新型的LCR数字电桥是频率达到上MHz、信号电平步进达到1mV的LCR测试仪，有助于了解元器件在实际工作条件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性。

Description

LCR数字电桥

技术领域

本实用新型涉及一种数字电桥，尤其是能采用高频信号源测量待测元件的数字电桥，具体地说是一种LCR数字电桥。

背景技术

LCR电感(L)、电容(C)和电阻(R)作为基本元器件，在电子产品中被广泛使用。随着电子产品的技术与性能不断发展和提高，国内相关行业对元器件的检测技术的要求也在不断的提高，特别是对元器件在1MHz及以上频率条件下参数测量的需求与日俱增。因此，频率达到上MHz、信号电平达到1mV的LCR测试仪，有助于了解元器件在实际工作条件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性。

发明内容

本实用新型的目的是针对目前元器件在1MHz及以上频率条件下参数测量的需求与日俱增的问题，提出一种LCR数字电桥。本实用新型是频率达到上MHz、信号电平步进达到1mV的LCR测试仪，有助于了解元器件在实际工作条件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性。

本实用新型的技术方案是：

一种LCR数字电桥，它包括基准时钟、与基准时钟相连的三个DDS信号源、测量信号发生器、源电阻、连接被测元件的输入电路、自动平衡电桥、两滤波器、两混频器、双路同步A/D转换器和ARM处理器，所述的第一DDS信号源的输出与测量信号发生器的输入端相连，测量信号发生器的信号输出端通过源电阻驱动输入电路所连接的被测元件，输入电路的两测量电压端分别通过滤波器与对应混频器的一信号输入端相连，两混频器的另一信号输入端均与第二DDS信号源的信号输出端相连，两混频器的信号输出端分别与双路同步A/D转换器的对应信号输入端相连，双路同步A/D转换器的信号源端与第三DDS信号源的输出相连，双路同步A/D转换器的输出与ARM处理器的信号输入端相连，ARM处理器与LCD显示器、分选接口的对应信号端相连，输出被测元件的对应电参数。

本实用新型的第一DDS信号源输出信号的频率范围是20Hz～5MHz，分辨率0.01Hz。

本实用新型的测量信号发生器的信号输出端依次串接滤波器、功率放大器后通过源电阻连接输入电路，驱动被测元件。

本实用新型的被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连。

本实用新型的ARM处理器与存储器单元、通讯接口、键盘的对应信号端相连。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的LCR数字电桥是频率达到上MHz、信号电平达到1mV的LCR测试仪，有助于了解元器件在实际工作条件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是四端对结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本系统的测量信号发生器能产生频率从20Hz～5MHz(分辨率0.01Hz)、幅度从mVrms～5Vrms(1mV步进)变化的正弦信号，以及-5V～+5V的内部直流偏置电压。测试信号经过一组滤波器后，送入一个带自动电平调整功能（ALC）的功放进行放大，再通过源电阻去驱动被测元件。被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连，自动平衡电桥使Lp端始终虚地，形成两路矢量电压。被测的两路矢量电压经分别滤波、混频后一起送入双路同步A/D转换器。A/D转换电路把矢量电压经数字处理后，由ARM处理器进行实时数字相敏检波分成实部和虚部分量，最后计算出Z、L、C、R等不同的电参数进行显示或分选。

具体实施时：

测试信号源：信号源用于测量时模拟实际的电路条件，本系统的信号源能产生宽频、宽幅及步长可变的信号电平，且有恒压、恒流功能。本系统由42.9497MHz的晶振产生一个时钟基准，同时驱动三个DDS合成信号源，三个DDS合成信号源由ARM处理器给出相应的数据分别产生三个不同的信号源。

测试信号的产生：用户通过控制面板设置测试信号的频率和电平，由ARM处理器给出相应的数据，分别送入DDS合成电路和D/A转换电路的数据输入脚，产生相应的正弦信号(Fc)。正弦信号通过低通滤波器后送入功率放大电路，再经过输出电阻输出到被测元件上。

混频基准信号的产生：由于本系统的测试频率最高可以达到5MHz，因此测试信号的频率设定后，ARM处理器会根据测试信号频率的不同，控制与混频器时钟输入端相连的DDS合成电路经比较器变成方波再分频后产生混频基准信号Fr。这样，被测的矢量电压经过混频器后，其频率最终变成Ft(Ft=Fc-nFr,n是整数)，Ft是一个不大于1KHz的正弦信号。

采样信号的产生：控制面板设置了测试信号的频率后，由ARM处理器根据测试信号的频率（Fc）以及每周期(Tc)的采样点数(N)计算出采样信号的基准频率(Fsr)，并给出相应的数据，送入与双路同步A/D转换器时钟引脚相连的DDS合成电路的数据输入脚，DDS合成电路输出的频率信号经比较器变成方波后送入双路同步A/D转换器的时钟脚，再由A/D转换器内部的逻辑电路生成最终的采样信号Fs(Fs=N×Ft)。

四端对结构：四端对结构（4TP）示意图，如图2所示，四端对结构解决了互感耦合、杂散电容、引线电感、引线电阻等问题，因为它用同轴电缆把信号电压通路与电流通路相隔离，返回电流通过同轴电缆的屏蔽层，使外导体（屏蔽层）抵消了内导体所产生的磁通。这种配置结构的测量范围可以达到1Ω以下100MΩ以上，结合自动平衡电桥方法，可以在20Hz～5MHz内对其进行精确的阻抗测量。

自动平衡电桥：自动平衡电桥通过测量Zx两端的电压和流过Zx上的电流来计算阻抗等参数。Hp端和Hc端相互隔离，这样可精确测量Zx上的电压。电流从Hc端流向Lc端，依靠一个反馈环路，使得G点维持虚地并使电流流过量程电阻Rs。因此，通过测量量程电阻上的电压，即可测得流过Zx上的电流。

A/D转换电路：矢量电压Vu和Vs会同时通过双路滤波器和一个由同一基准时钟控制的双路混频器，最后又送入一个双通道的同步A/D转换器，以消除由通道而引起的测量误差。由ARM微处理器从A/D转换器数据端实时读取Vu和Vs对应的转换值,由ARM处理器进行实时数字相敏检波分成实部和虚部分量。通过电压Vu和电流Vs的实部分量和虚部分量，ARM微处理器就可以计算出等效串联电抗或等效并联电抗等一系列的电参数。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种LCR数字电桥，其特征是它包括基准时钟、与基准时钟相连的三个DDS信号源、测量信号发生器、源电阻、连接被测元件的输入电路、自动平衡电桥、两滤波器、两混频器、双路同步A/D转换器和ARM处理器，所述的第一DDS信号源的输出与测量信号发生器的输入端相连，测量信号发生器的信号输出端通过源电阻驱动输入电路所连接的被测元件，输入电路的两测量电压端分别通过滤波器与对应混频器的一信号输入端相连，两混频器的另一信号输入端均与第二DDS信号源的信号输出端相连，两混频器的信号输出端分别与双路同步A/D转换器的对应信号输入端相连，双路同步A/D转换器的信号源端与第三DDS信号源的输出相连，双路同步A/D转换器的输出与ARM处理器的信号输入端相连，ARM处理器与LCD显示器、分选接口的对应信号端相连，输出被测元件的对应电参数。

2.根据权利要求1所述的LCR数字电桥，其特征是所述的第一DDS信号源输出信号的频率范围是20Hz～5MHz，分辨率0.01Hz。

3.根据权利要求1所述的LCR数字电桥，其特征是所述的测量信号发生器的信号输出端依次串接滤波器、功率放大器后通过源电阻连接输入电路，驱动被测元件。

4.根据权利要求1所述的LCR数字电桥，其特征是所述的被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连。

5.根据权利要求1所述的LCR数字电桥，其特征是所述的ARM处理器与存储器单元、通讯接口、键盘的对应信号端相连。