Lcr测试装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种LCR测试装置，具有单片机；单片机和可编程逻辑电路之间通过数据总线连接，且单片机的电平控制端、滤波控制端、量程控制端和I/V切换端分别与正弦信号发生器的输入端、滤波功放电路的输入端、量程选择电路的输入端、差动运放的输入端相连；可编程逻辑电路依次通过正弦信号发生器、滤波功放电路、源电阻Zx和量程选择电路后连接至差动运放；差动运放的输出端通过程控鉴相电路连接至A/D转换电路的输入端；A/D转换电路的输出端接单片机的输入端；源电阻Zx驱动被测元件。本实用新型具有高性价比，计算基准等特点，有助于了解元器件在实际工作条件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性。
【专利说明】
LGR测试装置
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种测试装置技术领域，特别涉及一种LCR测试装置。
【背景技术】
[0002] LCR电感(L)、电容(C)和电阻(R)作为基本元器件，在电子产品中被广泛使用。随着 电子产品的技术与性能不断发展和提高，国内相关行业对元器件的检测技术的要求也在不 断的提高，特别是对低成本LCR电桥也提出来了越来越高的要求。现有技术中的LCR测试仪 的频率不高，不利于了解元器件在实际工作条件下的真实性能，产品的性能与可靠性相对 较低。
【发明内容】
[0003] 本实用新型的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种高性价比，有助于了解 元器件在实际工作条件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性的LCR测试装置。
[0004] 实现本实用新型目的的技术方案是:一种LCR测试装置，具有单片机、可编程逻辑 电路、正弦信号发生器、滤波功放电路、量程选择电路、差动运放、程控鉴相电路和A/D转换 电路;所述单片机和可编程逻辑电路之间通过数据总线连接，且单片机的电平控制端、滤波 控制端、量程控制端和I/V切换端分别与正弦信号发生器的输入端、滤波功放电路的输入 端、量程选择电路的输入端、差动运放的输入端相连;所述可编程逻辑电路依次通过正弦信 号发生器、滤波功放电路、源电阻Zx和量程选择电路后连接至差动运放，且可编程逻辑电路 的相位控制端接程控鉴相电路的输入端，A/D启动端接A/D转换电路的输入端;所述差动运 放的输出端通过程控鉴相电路连接至A/D转换电路的输入端;所述A/D转换电路的输出端接 单片机的输入端;所述源电阻Zx驱动被测元件;所述被测元件通过输入电路与一组四端对 结构相连。
[0005] 上述技术方案还具有可变增益电路;所述可变增益电路的输入端分别接单片机的 增益选择端和差动运放的输出端，输出端接A/D转换电路的输入端。
[0006] 上述技术方案所述四端对结构包括自动平衡电桥，通过同轴电缆隔离信号电压通 路与电流通路，返回电流通过同轴电缆的屏蔽层，使屏蔽层抵消了内导体所产生的磁通;所 述自动平衡电桥的Hp端和Hc端相互隔离，电流从Hc端流向Lc端，依靠一个反馈环路，使得G 点维持虚地并使电流流过量程电阻Rs。
[0007] 上述技术方案所述可编程逻辑电路中包括DDS模块和计数模块;所述DDS模块的输 出端与正弦波发生器的输入端相连;所述计数模块的输出端通过数据总线接单片机的输入 端。
[0008] 上述技术方案所述量程选择电路包括量程电阻Rs和放大器Al。
[0009] 上述技术方案所述可编程逻辑电路的输入端接基准时钟的输出端;所述基准时钟 包括38.4MHz的晶振。
[0010] 上述技术方案所述可编程逻辑电路的输入端接基准时钟的输出端;所述基准时钟 包括38.4MHz的晶振。
[0011] 上述技术方案所述单片机上通过数据线连接有键盘和IXD显示屏。
[0012] 采用上述技术方案后，本实用新型具有以下积极的效果：
[0013] (1)本实用新型具有高性价比，计算基准等特点，有助于了解元器件在实际工作条 件下的真实性能，提高产品的性能与可靠性。
[0014] (2)本实用新型还具有可变增益电路;所述可变增益电路的输入端分别接单片机 的增益选择端和差动运放的输出端，输出端接A/D转换电路的输入端，为达到较高的分辨 率，对不同电平的信号在可变增益放大器给予一定放大再送至鉴相器。
【附图说明】
[0015] 为了使本实用新型的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附 图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
[0016] 图1为本实用新型的原理框图；
[0017] 图2为本实用新型的CPLD产生正弦信号及控制电路；
[0018] 图3为本实用新型的多路滤波器电路；
[0019] 图4为本实用新型的功率放大电路；
[0020] 图5为本实用新型的量程选择电路；
[0021] 图6为本实用新型的程控鉴相电路；
[0022] 图7为本实用新型的电荷平衡型A/D转换电路；
[0023]图8为本实用新型的四端对结构(4TP)示意图；
[0024]附图中标号为:单片机1、可编程逻辑电路2、正弦信号发生器3、滤波功放电路4、量 程选择电路5、差动运放6、程控鉴相电路7、A/D转换电路8、可变增益电路9、基准时钟10、键 盘IULCD显示屏12。
【具体实施方式】 [0025](实施例1)
[0026]见图1，本实用新型具有单片机1、可编程逻辑电路2、正弦信号发生器3、滤波功放 电路4、量程选择电路5、差动运放6、程控鉴相电路7和A/D转换电路8;单片机1和可编程逻辑 电路2之间通过数据总线连接，且单片机1的电平控制端、滤波控制端、量程控制端和I/V切 换端分别与正弦信号发生器3的输入端、滤波功放电路4的输入端、量程选择电路5的输入 端、差动运放6的输入端相连;可编程逻辑电路2依次通过正弦信号发生器3、滤波功放电路 4、源电阻Zx和量程选择电路5后连接至差动运放6,且可编程逻辑电路2的相位控制端接程 控鉴相电路7的输入端，A/D启动端接A/D转换电路8的输入端;差动运放6的输出端通过程控 鉴相电路7连接至A/D转换电路8的输入端;A/D转换电路8的输出端接单片机1的输入端;源 电阻Zx驱动被测元件;被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连。
[0027] 还具有可变增益电路9;可变增益电路9的输入端分别接单片机1的增益选择端和 差动运放6的输出端，输出端接A/D转换电路8的输入端。
[0028] 四端对结构包括自动平衡电桥，通过同轴电缆隔离信号电压通路与电流通路，返 回电流通过同轴电缆的屏蔽层，使屏蔽层抵消了内导体所产生的磁通；自动平衡电桥的Hp 端和He端相互隔离，电流从He端流向Lc端，依靠一个反馈环路，使得G点维持虚地并使电流 流过量程电阻Rs。
[0029]可编程逻辑电路2中包括DDS模块和计数模块;DDS模块的输出端与正弦波发生器 的输入端相连;计数模块的输出端通过数据总线接单片机1的输入端。
[0030] 量程选择电路5包括量程电阻Rs和放大器Al。
[0031]可编程逻辑电路2的输入端接基准时钟10的输出端;基准时钟10包括38.4MHz的晶 振。
[0032]单片机1上通过数据线连接有键盘11和IXD显示屏12。
[0033]本实用新型的工作原理为：本系统的测量信号发生器能产生频率从50Hz~ 100kHz、幅度0.1 Vrms~IVms变化的正弦信号。测试信号经过一组滤波器后，送入功放进行 放大，再通过源电阻去驱动被测元件。被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连，自动 平衡电桥使Lp端始终虚地，形成两路矢量电压。被测的两路矢量电压经模拟开关分时送入 鉴相器鉴相，鉴相器输出四组不同参考相位的鉴相信号。A/D转换电路把这四组矢量电压转 换为数字量，输入C8051F120单片机处理，最终计算出Z、L、C、R等不同的电参数进行显示或 分选。
[0034] V-I法阻抗测量原理:本仪器采用V-I(电压一电流)法进行阻抗测量。图中Ei为 信号源，Vu为加于被测阻抗两端的电压，Vs为运放A的输出，Ro为输出阻抗，其作用为限制信 号源输出电流不至过大，保证运放A稳定工作。Ix为流过Zx的电流，Rs为精密量程电阻。 [0035]设Zx为被测阻抗，则：
[0048]若被测阻抗为电感，则：
[0036]
[0037]
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] (V6)
[0051]
[0049] Xs= ω Lx = 2jrfLx (5-7)[0050] 若被测阻抗为电容，则：
[0052]
[0053] (5-9)
[0054]
[0055] (5-10)：
[0056] Vo，V1，V2，V3由鉴相器检出后经AD转换器转换为数字信号，C805 IFl 20获得其值后 按式5-9、5-10计算即可以得到Lx、Cx。
[0057]测试信号源：信号源用于测量时模拟实际的电路条件，本系统的信号源能产生 50Hz~IOOkHz之间的多个信号电平。本系统由38.400MHz的晶振产生一个时钟基准，输入 ALTERA的可编程逻辑器件EPM570T100C产生一个正弦数字信号，经DAC0800数模转换器转换 为阶梯形正弦信号。此信号通过低通滤波器滤波后送入功率放大电路，再经过输出电阻输 出到被测元件上。
[0058]四端对结构：四端对结构(4TP)示意图，四端对结构解决了互感耦合、杂散电容、弓丨 线电感、引线电阻等问题，因为它用同轴电缆把信号电压通路与电流通路相隔离，返回电流 通过同轴电缆的屏蔽层，使外导体(屏蔽层)抵消了内导体所产生的磁通。这种配置结构的 测量范围可以达到1 Ω以下IOOM Ω以上，结合自动平衡电桥方法，可以在50Hz~IOOkHz内对 其进行精确的阻抗测量。
[0059] 自动平衡电桥：自动平衡电桥通过测量Zx两端的电压和流过Zx上的电流来计算阻 抗等参数。Hp端和Hc端相互隔离，这样可精确测量Zx上的电压。电流从Hc端流向Lc端，依靠 一个反馈环路，使得G点维持虚地并使电流流过量程电阻Rs。因此，通过测量量程电阻上的 电压，即可测得流过Zx上的电流。
[0060] A/D转换电路:矢量电压Vu和Vs会分时通过一个由EPM570T100C控制的鉴相器及A/ D转换器进行转换。由C8051F120微处理器从EPM570T100C数据端读取Vu和Vs对应的实部和 虚部转换值。通过电压Vu和电流Vs的实部分量和虚部分量，C8051F120微处理器就可以计算 出等效串联电抗或等效并联电抗等一系列的电参数。
[0061 ] C8051F120单片机是仪器所有操作的控制中心，它从键盘获得输入控制以完成所 有测量时序。它还将所得测量值按一定公式计算并将之送至显示器显示。
[0062]工作时，C8051F120单片机通过数据总线发送频率控制字给可编程控制器 EPM570T100C，通过EPM570T100C中的DDS模块输出正弦变化的数字量，经正弦波发生器获得 频率一定的阶梯正弦波，此信号经电平变换后由低通滤波器滤波并功率放大后加至被测阻 抗Zx上。
[0063]流过Zx上的电流信号经量程电阻Rs转换为反映电流信号的电压输出Vs，差动运放 在C8051F120的控制下依次测量加于Zx上之电压信号Vu和Vs，为达到较高的分辨率，对不同 电平的信号在可变增益放大器给予一定放大再送至鉴相器，在C8051F120及EPM570T100C的 控制下，鉴相器输出四组不同参考相位的交流鉴相输出，分别为(参见式5-5):
[0064] VO: Vu之0度鉴相输出（Vu实部）
[0065] VI: Vu之90度鉴相输出（Vu虚部）
[0066] V2: Vs之0度鉴相输出(Vs实部）
[0067] V3: Vs之90度鉴相输出（Vs虚部）
[0068]这些信号分别由AD转换器产生计数控制信号，控制EPM570T100C中的8253计数模 块转换为数字量，通过数据总线输入C8051F120后按公式处理成LCR等各类电参数，最终将 计算结果在IXD上显示。
[0069]以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本 实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包 含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种LCR测试装置，其特征在于:具有单片机（1)、可编程逻辑电路(2)、正弦信号发生 器(3)、滤波功放电路(4)、量程选择电路(5)、差动运放(6)、程控鉴相电路(7)和A/D转换电 路(8);所述单片机（1)和可编程逻辑电路(2)之间通过数据总线连接，且单片机（1)的电平 控制端、滤波控制端、量程控制端和I/V切换端分别与正弦信号发生器(3)的输入端、滤波功 放电路(4)的输入端、量程选择电路(5)的输入端、差动运放(6)的输入端相连;所述可编程 逻辑电路(2)依次通过正弦信号发生器(3)、滤波功放电路(4)、源电阻Zx和量程选择电路 (5)后连接至差动运放(6)，且可编程逻辑电路(2)的相位控制端接程控鉴相电路(7)的输入 端，A/D启动端接A/D转换电路(8)的输入端;所述差动运放(6)的输出端通过程控鉴相电路 (7)连接至A/D转换电路(8)的输入端;所述A/D转换电路(8)的输出端接单片机（1)的输入 端;所述源电阻Zx驱动被测元件;所述被测元件通过输入电路与一组四端对结构相连。2. 根据权利要求1所述的LCR测试装置，其特征在于:还具有可变增益电路(9);所述可 变增益电路(9)的输入端分别接单片机（1)的增益选择端和差动运放(6)的输出端，输出端 接A/D转换电路(8)的输入端。3. 根据权利要求1所述的LCR测试装置，其特征在于:所述四端对结构包括自动平衡电 桥，通过同轴电缆隔离信号电压通路与电流通路，返回电流通过同轴电缆的屏蔽层，使屏蔽 层抵消了内导体所产生的磁通;所述自动平衡电桥的Hp端和He端相互隔离，电流从He端流 向Lc端，依靠一个反馈环路，使得G点维持虚地并使电流流过量程电阻Rs。4. 根据权利要求1所述的LCR测试装置，其特征在于：所述可编程逻辑电路（2)中包括 DDS模块和计数模块;所述DDS模块的输出端与正弦波发生器的输入端相连;所述计数模块 的输出端通过数据总线接单片机(1)的输入端。5. 根据权利要求1所述的LCR测试装置，其特征在于:所述量程选择电路(5)包括量程 电阻Rs和放大器A1。6. 根据权利要求1所述的LCR测试装置，其特征在于:所述可编程逻辑电路(2)的输入端 接基准时钟（1 〇)的输出端;所述基准时钟（1 〇)包括38.4MHz的晶振。7. 根据权利要求1所述的LCR测试装置，其特征在于:所述单片机（1)上通过数据线连接 有键盘(11)和IXD显示屏（12)。
【文档编号】G01R31/00GK205427072SQ201620138955
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年2月24日
【发明人】沈小锋
【申请人】常州中策仪器有限公司