石英晶體諧振頻率測(cè)量系統(tǒng)

在進(jìn)行寄存器配置時(shí)，按照AD9852數(shù)據(jù)手冊(cè)上的時(shí)序要求來(lái)對(duì)單片機(jī)的I／O進(jìn)行相關(guān)操作，此處不再贅述。
3．2 運(yùn)行狀態(tài)機(jī)與測(cè)量過(guò)程
系統(tǒng)的整個(gè)測(cè)量過(guò)程是一個(gè)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(cè)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(cè)量流程主要可歸納為計(jì)算頻率字(FTW)、配置AD9852、A／D采樣、循環(huán)采集等幾個(gè)部分。
這里的計(jì)算頻率字FTW是AD9852的一個(gè)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(kāi)始掃描頻率值計(jì)算出初始FTW值和△FTW值。然后把FTW值寫(xiě)入AD9852的寄存器。待AD9852輸出穩(wěn)定頻率后開(kāi)始A／D采樣，多次重復(fù)測(cè)量后，將平均值存入存儲(chǔ)區(qū)。完成該頻點(diǎn)測(cè)量后，更新FTW=FTW+△FTW，然后重復(fù)上述過(guò)程，直到完成1000個(gè)頻點(diǎn)的測(cè)量。

4 系統(tǒng)測(cè)試
圖7是一個(gè)簡(jiǎn)易的模擬測(cè)試平臺(tái)：上電極被固定在一個(gè)千分尺上，通過(guò)扭轉(zhuǎn)旋鈕來(lái)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(xiě)的測(cè)試程序，用來(lái)與單片機(jī)通信，并顯示上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)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(cè)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(cè)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(shí)驗(yàn)中還對(duì)測(cè)試得到的共振峰的測(cè)量穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。連續(xù)750次測(cè)得的晶振片的諧振頻率的波動(dòng)范圍在100 Hz以內(nèi)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，在更長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)(6 000次，10 min左右)，波動(dòng)范圍在±200 Hz以內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)
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(cè)量系統(tǒng)，可以較好地完成石英晶振的諧振頻率測(cè)量，提供了一種在工業(yè)界低成本實(shí)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。