石英晶体谐振频率测量系统

作者：时间：2013-08-06来源：网络收藏

3．1 单片机与AD9852的初始化
单片机的初始化主要是对系统时钟、SCI、ADC等相关寄存器进行设置，配置SCI波特率为921 600，ADC的时钟频率为7．372 8 MHz、分辨率为12位，每次采样前给采样保持电路归零。
AD9852的配置可以选用串行或者并行接口配置。这里系统选用了并行接口方式配置，优点是配置相对简单，缺点是占用单片机I／O较多。AD9852部分控制寄存器的初始化设定如表1所列。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/192769.htm

在进行寄存器配置时，按照AD9852数据手册上的时序要求来对单片机的I／O进行相关操作，此处不再赘述。
3．2 运行状态机与测量过程
系统的整个测量过程是一个有限状态机，主要包括：待机状态(Standby)、接收命令状态(ReCMD)、配置AD9852状态(Configuring)、测量状态(Measuring)和数据上传状态(UploadDate)。状态转换示意图如图6所示。

系统的测量流程主要可归纳为计算频率字(FTW)、配置AD9852、A／D采样、循环采集等几个部分。
这里的计算频率字FTW是AD9852的一个48位寄存器。该寄存器直接控制AD9852的输出频率。其输出频率有以下关系：

其中fREF是AD9852的外接高精度晶振的频率值，Multiple是AD9852的PLL倍频系数。
系统在收到配置命令后，根据开始扫描频率值计算出初始FTW值和△FTW值。然后把FTW值写入AD9852的寄存器。待AD9852输出稳定频率后开始A／D采样，多次重复测量后，将平均值存入存储区。完成该频点测量后，更新FTW=FTW+△FTW，然后重复上述过程，直到完成1000个频点的测量。

4 系统测试
图7是一个简易的模拟测试平台：上电极被固定在一个千分尺上，通过扭转旋钮来调节上下电极之间的距离，石英晶片被放置在上下电极之间。

上位机采用LabVIEW编写的测试程序，用来与单片机通信，并显示上传的数据，同时显示晶振的共振频率，如图8所示。图中左侧为串口以及扫描频率的一些列设定。右侧测量得到的曲线中，纵坐标表示的是共振峰的强度，单位为dB；横坐标表示的是扫描频率，单位为Hz。从该曲线可以看出，被测晶片的共振频率为41．447MHz。曲线中主峰两侧都有一些小突起，这些突起应该是晶振片本身存在的寄生峰。

实验中还对测试得到的共振峰的测量稳定性进行了测试。连续750次测得的晶振片的谐振频率的波动范围在100 Hz以内。进一步的实验表明，在更长的时间范围内(6 000次，10 min左右)，波动范围在±200 Hz以内。

结语
结合了专用DDS芯片、检波芯片以及包含ADC的单片机的晶振共振频率测量系统，可以较好地完成石英晶振的谐振频率测量，提供了一种在工业界低成本实现石英晶振快速分选的解决方案，该方案已被应用于专业的石英晶振分选设备中，整体效果令人满意。