CN220323429U - 一种基于codec芯片的LCR测量电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型旨在提供一种基于codec芯片的LCR测量电路，利用codec声卡芯片的ADC/DAC资源相结合，进行LCR的测量，且整体电路结构简单，成本较低，方便集成于便携式设备和小体积设备上，便于携带使用。本实用新型包括分压电阻、待测元件以及Audio采样器，所述Audio采样器的DAC输出端口、分压电阻以及待测元件的一端依次连接，所述待测元件的另一端接地，所述Audio采样器的两组ADC输入端口分别连接至所述分压电阻的两端。本实用新型应用于测量电路的技术领域。
Description
技术领域
本实用新型应用于测量电路的技术领域,特别涉及一种基于codec芯片的LCR测量电路。
背景技术
阻抗(Z)是用来表征电子电路、元件和用于制造元件的材料的一个重要参数，通常定义为器件或电路在给定频率下对交流电(AC)流动的总抵抗能力，并表示为在矢量平面上图形显示的复数。阻抗矢量由一个实部电阻，R和一个虚部电抗，X组成。阻抗可以用实数坐标形式R+jX表示，也可以用极性形式表示为大小和相位角：|Z|(θ)。在某些情况下，使用阻抗的倒数在数学上是有利的；在这种情况下，1/Z=1/(R+jX)=Y=G+jB，其中Y表示导纳、G电导和B磁化率。阻抗的单位是欧姆Ω，导纳是西门子(S)。而LCR测试仪是用来测量被称为阻抗的这种物理量的测量仪器。阻抗的符号为"Z"，表示的是交流电流流过的“困难”程度。可以通过流过被测物的电流"I"和两端电压"V"求出。阻抗在作为复平面上的矢量来表示，因此使用LCR测试不光测量电流有效值和电压有效值之比，还测量电流波形和电压波形的相位差θ。
现有的很多阻抗测试方法都是基于电流电压方案或者自动平衡电桥的方案来测量并计算阻抗值，它们使用独立的处理器或者FPGA进行参考波形输出，并用较高采样率的ADC进行测量和计算，但其成本较高且所用的电路较复杂，体积大。
但进行临时性测试时，通常不便于进行大设备的携带，现有的方案无法满足方便快捷的进行检测。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种基于codec芯片的LCR测量电路，利用codec声卡芯片的ADC/DAC资源相结合，进行LCR的测量，且整体电路结构简单，成本较低，方便集成于便携式设备和小体积设备上，便于携带使用。
本实用新型所采用的技术方案是：本实用新型包括分压电阻、待测元件以及Audio采样器，所述Audio采样器的DAC输出端口、分压电阻以及待测元件的一端依次连接，所述待测元件的另一端接地，所述Audio采样器的两组ADC输入端口分别连接至所述分压电阻的两端。
由上述方案可见，通过利用声卡芯片具备输出、以及双声道采集的特点，通过DAC输出端口输出激励信号进行供电，同时通过两组ADC输入端口分别进行两个测试点的同步采集，进而实现采集激励信号以及待测元件对地电压，进而获得待测元件的电压与电流的相位关系，通过该结构便能进行待测元件的阻抗检测，且整体电路简单，成本低，能够很方便的集成于便携式设备和小体积设备上，便于携带使用。
一个优选方案是，所述DAC输出端口通过第一运算放大器与所述分压电阻连接。
一个优选方案是，所述Audio采样器的两组ADC输入端口与所述分压电阻之间均设有第二运算放大器。
附图说明
图1是本实用新型的连接框图；
图2是本实用新型的工作原理图；
图3是本实用新型的工作原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，在本实施例中，本实用新型包括分压电阻R1、待测元件RDUT以及Audio采样器U1，所述Audio采样器U1的DAC输出端口、分压电阻R1以及待测元件RDUT的一端依次连接，所述待测元件RDUT的另一端接地，所述Audio采样器U1的两组ADC输入端口分别连接至所述分压电阻R1的两端。
在本实施例中，所述DAC输出端口通过第一运算放大器U2与所述分压电阻R1连接。所述Audio采样器U1的两组ADC输入端口与所述分压电阻R1之间均设有第二运算放大器U3A/U3B；其中，所述Audio采样器U1的左声道LINE1LP通过所述第二运算放大器U3A采集激励信号V1，所述Audio采样器U1的右声道LINE1RP通过所述第二运算放大器U3B采集待测元件RDUT的对地电压V2，同时采集V1和V2电压，可计算出待测元件RDUT电压与电流的相位关系，电流I=(V1-V2)/R1。所述第一运算放大器U2和所述第二运算放大器U3A/U3B为型号是OPA2991或者OP07的运算放大器，所述第一运算放大器U2的正输入端口与所述DAC输出端口连接，所述第一运算放大器U2的负输入端口以及输出端口均与所述分压电阻R1连接，所述第二运算放大器U3A/U3B的正输入端口与测试点连接，所述第二运算放大器U3A/U3B的负输入端口以及输出端口对应连接至所述Audio采样器U1的ADC输入端口。
在本实施例中，所述Audio采样器U1为型号是TI TLV320系列的codec芯片。
本实用新型的工作原理：
利用所述Audio采样器U1采集的数据由处理器进行处理获取最终的计算结果即为待测元件的阻抗参数。
如图2和图3所示，Ui为正弦激励信号， 为待测元件（电阻、电容、电感），/> 为分压电阻。设 A、B、C 三点的电位（也就是对地电压）向量分别为/> 、/> 、/> 。A、B两点间的电压向量为/> ，B、C两点间的电压向量为/> 。/> 和/> 串联，所以电流相等，设电流向量为/> 。由电路基础的向量分析法可知：
；/>；/>；/> ；
通过向量计算，可得到 复阻抗。假设采用串联模型，/> 用复数形式表示，/> 的实部就是等效串联电阻(ESR)。因为在串联电路中，电感上的电压比电流超前90°，电容上的电压比电流滞后90°。运用复阻抗分析方法就是电感的感抗比ESR超前90°，电容的容抗比ESR滞后90°，所以/> 的虚部为正说明DUT呈感性/> ，/> 的虚部为负说明DUT呈容性/> ；
容抗的计算公式为 ，/> <0；可得/> ；
感抗的计算公式为 ，/> >0；可得/> ；
将所述激励信号V1减去所述待测元件RDUT的对地电压V2，再除所述分压电阻R1的阻值，就可以得到电流，分别对对地电压V2和电流进行加Hanning窗处理，对加窗后的待测元件电压向量、待测元件电流向量信号分别做FFT变换，得到电压、电流的复数序列，然后根据激励信号频率、采样率和FFT点数，找到激励信号频率点对应的电压、电流复数值代入上述的公式，计算出待测元件RDUT的电容或者电感值。
虽然本实用新型的实施例是以实际方案来描述的，但是并不构成对本实用新型含义的限制，对于本领域的技术人员，根据本说明书对其实施方案的修改及与其他方案的组合都是显而易见的。
Claims (3)
1.一种基于codec芯片的LCR测量电路，它包括分压电阻（R1）以及待测元件（RDUT），其特征在于：它还包括Audio采样器（U1），所述Audio采样器（U1）的DAC输出端口、分压电阻（R1）以及待测元件（RDUT）的一端依次连接，所述待测元件（RDUT）的另一端接地，所述Audio采样器（U1）的两组ADC输入端口分别连接至所述分压电阻（R1）的两端。
2.根据权利要求1所述的一种基于codec芯片的LCR测量电路，其特征在于：所述DAC输出端口通过第一运算放大器（U2）与所述分压电阻（R1）连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于codec芯片的LCR测量电路，其特征在于：所述Audio采样器（U1）的两组ADC输入端口与所述分压电阻（R1）之间均设有第二运算放大器（U3A/U3B）。
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- 2023-07-28 CN CN202322005224.9U patent/CN220323429U/zh active Active
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