石英晶體諧振頻率測量系統(tǒng)

在進(jìn)行寄存器配置時，按照AD9852數(shù)據(jù)手冊上的時序要求來對單片機(jī)的I／O進(jìn)行相關(guān)操作，此處不再贅述。
3．2 運行狀態(tài)機(jī)與測量過程
系統(tǒng)的整個測量過程是一個有限狀態(tài)機(jī)，主要包括：待機(jī)狀態(tài)(Standby)、接收命令狀態(tài)(ReCMD)、配置AD9852狀態(tài)(Configuring)、測量狀態(tài)(Measuring)和數(shù)據(jù)上傳狀態(tài)(UploadDate)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意圖如圖6所示。

系統(tǒng)的測量流程主要可歸納為計算頻率字(FTW)、配置AD9852、A／D采樣、循環(huán)采集等幾個部分。
這里的計算頻率字FTW是AD9852的一個48位寄存器。該寄存器直接控制AD9852的輸出頻率。其輸出頻率有以下關(guān)系：

其中fREF是AD9852的外接高精度晶振的頻率值，Multiple是AD9852的PLL倍頻系數(shù)。
系統(tǒng)在收到配置命令后，根據(jù)開始掃描頻率值計算出初始FTW值和△FTW值。然后把FTW值寫入AD9852的寄存器。待AD9852輸出穩(wěn)定頻率后開始A／D采樣，多次重復(fù)測量后，將平均值存入存儲區(qū)。完成該頻點測量后，更新FTW=FTW+△FTW，然后重復(fù)上述過程，直到完成1000個頻點的測量。

4 系統(tǒng)測試
圖7是一個簡易的模擬測試平臺：上電極被固定在一個千分尺上，通過扭轉(zhuǎn)旋鈕來調(diào)節(jié)上下電極之間的距離，石英晶片被放置在上下電極之間。

上位機(jī)采用LabVIEW編寫的測試程序，用來與單片機(jī)通信，并顯示上傳的數(shù)據(jù)，同時顯示晶振的共振頻率，如圖8所示。圖中左側(cè)為串口以及掃描頻率的一些列設(shè)定。右側(cè)測量得到的曲線中，縱坐標(biāo)表示的是共振峰的強(qiáng)度，單位為dB；橫坐標(biāo)表示的是掃描頻率，單位為Hz。從該曲線可以看出，被測晶片的共振頻率為41．447MHz。曲線中主峰兩側(cè)都有一些小突起，這些突起應(yīng)該是晶振片本身存在的寄生峰。

實驗中還對測試得到的共振峰的測量穩(wěn)定性進(jìn)行了測試。連續(xù)750次測得的晶振片的諧振頻率的波動范圍在100 Hz以內(nèi)。進(jìn)一步的實驗表明，在更長的時間范圍內(nèi)(6 000次，10 min左右)，波動范圍在±200 Hz以內(nèi)。

結(jié)語
結(jié)合了專用DDS芯片、檢波芯片以及包含ADC的單片機(jī)的晶振共振頻率測量系統(tǒng)，可以較好地完成石英晶振的諧振頻率測量，提供了一種在工業(yè)界低成本實現(xiàn)石英晶振快速分選的解決方案，該方案已被應(yīng)用于專業(yè)的石英晶振分選設(shè)備中，整體效果令人滿意。