基于ARM的石英晶体测试系统中DDS信号源设计

摘要 针对π网络石英晶体参数测试系统，采用以STM32F103ZET6型ARM为MCU控制DDS产生激励信号。该测试系统相对于传统的PC机测试系统具有设备简单、操作方便，较之普通单片机测试系统又具有资源丰富、运算速度更快等优点。AD9852型DDS在ARM控制下能产生0～100 MHz扫频信号，经试验数据分析得到信号精度达到0.5×10-6，基本满足设计要求。该系统将以其小巧、快速、操作方便、等优点被广泛采用。

关键词 石英晶体;DDS;AD9852;STM32F103ZET6

产生正弦激励信号一般可以通过振荡电路或直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)，DDS较振荡电路具有相位噪声小、杂散抑制好、可产生连续波信号、扫频信号和频率捷变信号等优点。石英晶体电参数测试中激励信号的指标如幅度、频率的稳定性对后续的测量精度至关重要。所以系统采用AD9852型DDS作为信号源。石英晶体电参数测试系统中，DDS可以同时产生多路正弦信号，并可对信号的频率、幅度、相位精确控制，用以测量石英晶体电参数，随着对石英晶体频率精度的要求越来越高，DDS的信号源设计及控制具有重要现实意义。

1 π网络法测试原理

在串联谐振状态下，石英晶体等效电路模型如图1所示，C0为静态电容;L1为动态电感;Rr是串联谐振电阻;C1为动态电容。

其等效阻抗为

式中，ω为信号源所输出信号的角频率，ω=2πf;Zs为π网络的等效阻抗。根据式(1)可以画出石英晶体阻抗一频率特性曲线如图2所示，f0为石英晶体的串联谐振频率，f1为并联谐振频率，本系统需要测量石英晶体的串联谐振频率。

由图2可以看出，当信号源频率为f1时，石英晶体的阻抗最小;当信号源频率为时石英晶体的阻抗最大。利用这个特性可以得到石英晶体的串联谐振频率、并联谐振频率等参数。石英晶体电参数测试方法有3种：阻抗计法、π网络最大传输法、π网络零相位法。π网络最大传输法是将石英晶体插入一个π网络中，不断改变π网络一端激励信号的频率，在另一端测量输出信号电压值，当电压达到最大值时的频率即为串联谐振频率。其特点是测试设备较复杂，不易捕获峰值电压时的频率，精度较高;π网络零相位法原理;π网络零相位法是将石英晶体插入一个π网络中，在一端不断输出扫频信号，用矢量电压表检测π网两端的相位差，当相位差为零时的频率即为串联谐振频率。π网络最大传输法与π网络零相位法的主要差别是没有鉴相电路，将这两种方法统称为π网络法。