專利名稱：恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種自動化測量儀，特別涉及恒溫晶體振蕩器批量生產中，恒溫晶體振蕩器溫度曲線零溫度變化點(生產中一般稱為拐點)的批量測量的自動化測量儀。
背景技術：
恒溫晶體振蕩器(簡稱0CX0)是一種頻率基準產品，是一種高精密的電子器件，廣泛使用于3G通信，軍事，高端儀器等對時間精準度要求非常高的場所。OCXO的生產難度較大，現(xiàn)國內0CX080%以上依賴進口，這是因為OCXO的生產，超過90%以上都是對于產品參數(shù)的測量和調試，而OCXO批量化生產的難點，就在于自動化，批量化的參數(shù)測量測試。OCXO的主要原件石英晶體對于溫度非常敏感，一般在生產中使用的AT切型晶體和SC切型的晶體，其頻率溫度曲線在數(shù)學呈現(xiàn)為三次方程曲線，而三次曲線在00(0的恒溫點時，恰好有一個波峰，其波峰的斜率是最小的，所以對應的，如果能準確的找到波峰，也就是最合適的恒溫點的話，我們就認為找到了該晶體的零溫度變化點(拐點)，那么此時OCXO的溫頻特性將是最穩(wěn)定的，產品性能也是最好的。OCXO的發(fā)熱是由內部的功率管提供的，而具體發(fā)熱到什么程度，則是由里面的溫度控制電阻決定的。一般為了找到拐點，我們需要在控制電阻位置接上電位器(可調電阻)，以50到100歐姆的步進改變電阻值，每次改變電阻后，穩(wěn)定10到15分鐘后記錄其頻率值和電阻，然后觀察其頻率變化情況，看其頻率變化的大小，一般需要測量7到8次后，才能找到頻率變化最小的點。找到該點后，查看當時所用的電阻值，并根據(jù)經驗換上和測量時差不多的電阻。由于測量時間長，并需要記錄數(shù)據(jù)和計算，一般一個最熟練的工人每小時也只能調試4到6個0CX0，效率非常之低。而且由于人工測量，存在大量估算的情況，實際上的溫頻特性測試的一次通過率一般只有80%，需要多次返工重測。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供了一整套自動對恒溫晶體振蕩器晶體拐點進行調試測量的設備。為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案
恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，包括調試機架，其特征在于它還包括
1)拐點調試插座多個待測試的晶體振蕩器通過對應的拐點調試插座與拐點調試板電連接，每一個晶體震蕩器的信號輸出端通過拐點調試插座連接到拐點調試板上的信號輸出端口，晶體振蕩器的拐點電阻位置與拐點調試插座上的電阻調試線相連；
2)拐點調試板所述拐點調試板設有數(shù)字電位器，數(shù)字電位器的輸出端與調試插座上的電阻調試線連接，拐點調試板通過并口線與控制電腦的輸出端相連，每一塊拐點調試板都有唯一的地址碼；
3)射頻控制板通過同軸電纜與拐點調試板的每一個晶振信號輸出端口相連，通過并口線與控制電腦的輸出端相連，每一塊射頻控制板都有自己唯一的地址碼，射頻控制板用于接受控制電腦的命令開通與晶振信號輸出端口對應的信號傳輸通道，并關閉其他所有通道；
4)頻率測量儀通過同軸電纜線與射頻控制板相連接，通過GPIB線與控制電腦相連，用于測量每一個調試晶體振蕩器的頻率值，并將測量的數(shù)據(jù)傳送到控制電腦；
5)控制電腦向拐點調試板發(fā)送唯一的地址碼，設置該地址的數(shù)字電位器的電阻為指定值，并讀取每一個晶體振蕩器的頻率，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)擬合晶體振蕩器溫頻特性曲線，并計算得出晶體拐點時的電阻值。所述拐點調試板具體包括數(shù)字電位器、比較器、卡口式插座、測試位置開關，數(shù)字電位器的電阻輸出端與卡口式插座相連接，數(shù)字電位器的命令接收端與比較器相連接，而比較器與控制電腦并口線相連接，測試位置開關直接連卡口式插座。所述拐點調試插座包括電阻調試線、四根插針、匹配電容，匹配電容直接焊接在拐點調試插座的電路板焊盤上，四根插針中兩根為電源插針，直接與拐點調試板的卡口式插座接口連接，另兩根為拐點電阻插針，通過電阻調試線直接連接到測試晶振的拐點電阻調試焊盤上。所述的射頻控制板包括比較器、并口接線板、同軸電纜線。比較器與并口接線板連接，同軸電纜線的一端直接與對應位置的測試晶振的信號輸出端相連接，同軸電纜線的另一端連接到信號傳輸?shù)目偟耐S電纜線上。一個調試機架分5層安裝，每一層安裝兩塊拐點調試板和一塊射頻控制板，每一塊拐點調試板上設有8個調試插座。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果
使用本套調試設備，每套設備每次能調試160個0CX0，除了安放00(0時，其他不占用任何人工。每次調試需要3到4小時左右，即每小時40個左右，相比與人工每小時4到5個的調試速度，其效率提升10倍以上。而且由于軟件提供的精確數(shù)據(jù)建模，使得一次溫頻特性通過率能達到接近99%，遠遠高于人工的80%。


圖1為拐點自動化測量儀的整體結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。如圖1所示，一整套自動拐點調試設備，包括了調試架，頻率測量儀和控制電腦。調試架是拐點調試進行的地方，背面安裝有銅條傳送電源。調試機架為分層的鐵架子，用于安裝OCXO拐點調試板和射頻控制板。調試機架分為6層，下五層安裝調試板，每一層安裝兩塊拐點調試板和一塊射頻控制板，每一塊拐點調試板含有8個拐點調試插座，待測試的晶體振蕩器插在拐點調試插座上，所以每一層可同時調試16個0CX0，一個機架可以同時調試80個0CX0。待調試的OCXO通過調試插座與調試板相連接。每兩個調試架作為一組進行調試，因此一套設備每次可最多進行160個OCXO的調試。拐點調試板具體包括數(shù)字電位器、比較器、卡口式插座、測試位置開關，數(shù)字電位器的電阻輸出端與卡口式插座相連接，每一個數(shù)字電位器有兩路輸出，因此每個數(shù)字電位器可以同時連接兩個卡口式插座。數(shù)字電位器的命令接收端與比較器相連接，而比較器與控制電腦并口線相連接，當控制電腦并口發(fā)送命令時，會同時發(fā)送地址碼，當比較器發(fā)經過和本身地址進行比較，發(fā)現(xiàn)是發(fā)給自己的命令時，才會把命令傳給數(shù)字電位器，控制其改變電阻值。測試位置開關直接連卡口式插座，用于開關插座是否通電。在測試時，測試晶振通過拐點調試插座，直接插在卡口式插座上，方便測試。拐點調試插座是調試OCXO與拐點調試板之間的連接器，多個待測試的晶體振蕩器通過對應的拐點調試插座與拐點調試板電連接，待測試的OCXO插在拐點調試座上，再把拐點調試座插到調試板上。本實施例中每一塊拐點調試板含有8個拐點調試插座，即對應8個待測試的晶體振蕩器，每一個晶體震蕩器的信號輸出端通過拐點調試插座連接到拐點調試板上的信號輸出端口，把需要被測試的信號傳輸?shù)缴漕l控制板上。拐點調試插座包括電阻調試線，四根插針，匹配電容。匹配電容直接焊接在拐點調試插座的電路板上，根據(jù)測試晶振的不同，可以更換，但是一般使用一個通用的電容即可，無需更換。四根插針中，兩根為電源插針，直接與卡口式插座的接口連接，測試晶振插在拐點調試插座上后，靠這兩根電源插針通電。另兩根為拐點電阻插針，在拐點調試插座正面的點焊接有電阻調試線，直接連接到測試晶振的拐點電阻調試焊盤上，卡口式插座通過拐點調試插座電路板上的覆銅線與拐點調試插座上的拐點電阻插針電連接，從而使得數(shù)字電位器的輸出端與拐點調試插座上的電阻調試線電連接，晶體振蕩器的拐點電阻位置與拐點調試插座上的電阻調試線相連，這樣拐點調試板改變數(shù)字電位器的電阻值就能直接反應在調試的00(0上。拐點調試板通過并口線與控制電腦的輸出端相連，每一塊拐點調試板都有唯一的地址碼；每一塊射頻控制板也都有自己唯一的地址碼。射頻控制板通過同軸電纜與拐點調試板的每一個晶振信號輸出端口相連，同軸電纜的一端直接與對應位置的測試晶振的信號輸出端相連接，另一端連接到信號傳輸?shù)目偟耐S電纜線上，用于信號的傳輸，通過并口線與控制電腦的輸出端相連，射頻控制板用于接受控制電腦的命令開通與晶振信號輸出端口對應的信號傳輸通道，并關閉其他所有通道；使與指定信號傳輸通道對應的被測試晶體振蕩器的輸出信號可以被測量到，射頻控制板控制同時測量的多個00(0在一個時刻，只有一路信號通過。所有的射頻控制板都由控制電腦控制，每一塊射頻控制板都有自己唯一的地址，當控制信號過來時，射頻控制板根據(jù)控制信號，把控制信號和地址碼在比較器芯片中進行比較，開通指定的通道，關閉其他所有通道，保證只有一路信號通過。射頻控制板包括比較器、并口接線板、同軸電纜線，比較器與并口接線板連接，接受電腦發(fā)送來的地址碼，如果經過比較發(fā)現(xiàn)地址相同，則打開對應的通道。本發(fā)明的比較器采用74HC85N比較器。頻率測量儀通過同軸電纜線與射頻控制板相連接，通過GPIB線與控制電腦相連，用于測量每一個調試晶體振蕩器的頻率值，并將測量的數(shù)據(jù)傳送到控制電腦，由于調試要求較高，所以要求頻率調試儀至少需要有2位的精確小數(shù)顯示?？刂齐娔X主要用于安裝控制系統(tǒng)軟件，以及與調試設備相連接，通過排線與調試機架連接控制調試位置和數(shù)字電位器的阻值改變?？刂齐娔X向拐點調試板發(fā)送唯一的地址碼，設置該地址的數(shù)字電位器的電阻為指定值，并讀取每一個晶體振蕩器的頻率，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)擬合晶體振蕩器溫頻特性曲線，并計算得出晶體拐點時的電阻值?？刂齐娔X通過排線控制兩個調試機架，共三條排線。一條排線用于控制兩個調試機架射頻控制板，另兩條排線用于控制機架上的調試板的數(shù)字電位器，一個調試機架一條。軟件控制系統(tǒng)主要用于控制整個調試邏輯，包括發(fā)布修改數(shù)字電位器電阻值命令，控制通道切換，讀取頻率值，根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行拐點電阻計算，數(shù)據(jù)導出和管理等功能。調試機架的供電系統(tǒng)分為兩組，一組給各控制板上的芯片供電，使用5V的電源供電，對于功率要求不高。另一組給待調試的OCXO進行供電，一個機架一臺電源，要求電流至少需要20A以上電源。下面以實際調試一批OCXO拐點為例，說明拐點調試系統(tǒng)的使用。首先把拐點調試插座上的調試線焊接在OCXO電阻調試焊盤上。然后把調試插座插到拐點調試板上。打開所有的電源，保證系統(tǒng)加電正常。打開系統(tǒng)控制軟件，在軟件上對應的位置，輸入OCXO的編號，使OCXO編號和位置一一對應。使用軟件的檢測功能看是否每一個OCXO都能被正確讀取頻率，如果不能，則需要修正，直到所有OCXO都能正常讀取頻率。當一切準備正常后，點擊“啟動調試”開始拐點的調試，控制電腦執(zhí)行以下步驟逐漸改變數(shù)字電位器的值，然后讀取每一個OCXO的頻率，并記錄數(shù)據(jù)，一般改變7到9次后，以7次為例，以r表示電阻，以f表示頻率，分別得到(r』)，(r2, f2)直到(f7，f7)，控制軟件對數(shù)據(jù)進行分析，使用最小二乘法進行曲線擬合，得到溫頻曲線的三次曲線方程式為f=ar3+br2+cr+d，對方程式進行求導，得到新的方程式f’ =3ar2+2br+C，使方程轉化為二次方程，使用二次方程求根公式，最終得到r的兩個解，一般為一正一負，正解即為需要的拐點電阻值。
權利要求
1.恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，包括調試機架，其特征在于它還包括1)拐點調試插座多個待測試的晶體振蕩器通過對應的拐點調試插座與拐點調試板電連接，每一個晶振的信號輸出端通過拐點調試插座連接到拐點調試板上的信號輸出端口，晶體振蕩器的拐點電阻位置與拐點調試插座上的電阻調試線相連；2)拐點調試板所述拐點調試板設有數(shù)字電位器，數(shù)字電位器的輸出端與調試插座上的電阻調試線連接，拐點調試板通過并口線與控制電腦的輸出端相連，每一塊拐點調試板都有唯一的地址碼；3)射頻控制板通過同軸電纜與拐點調試板的每一個晶振信號輸出端口相連，通過并口線與控制電腦的輸出端相連，每一塊射頻控制板都有自己唯一的地址碼，射頻控制板用于接受控制電腦的命令開通與晶振信號輸出端口對應的信號傳輸通道，并關閉其他所有通道；4)頻率測量儀通過同軸電纜線與射頻控制板相連接，通過GPIB線與控制電腦相連，用于測量每一個調試晶體振蕩器的頻率值，并將測量的數(shù)據(jù)傳送到控制電腦；5)控制電腦向拐點調試板發(fā)送唯一的地址碼，設置該地址的數(shù)字電位器的電阻為指定值，并讀取每一個晶體振蕩器的頻率，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)擬合晶體振蕩器溫頻特性曲線，并計算得出晶體拐點時的電阻值。
2.如權利要求1所述的恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，其特征在于所述拐點調試板具體包括數(shù)字電位器、比較器、卡口式插座、測試位置開關，數(shù)字電位器的電阻輸出端與卡口式插座相連接，數(shù)字電位器的命令接收端與比較器相連接，而比較器與控制電腦并口線相連接，測試位置開關直接連卡口式插座。
3.如權利要求1或2所述的恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，其特征在于所述拐點調試插座包括電阻調試線、四根插針、匹配電容，匹配電容直接焊接在拐點調試插座的電路板焊盤上，四根插針中兩根為電源插針，直接與拐點調試板的卡口式插座接口連接，另兩根為拐點電阻插針，通過電阻調試線直接連接到測試晶振的拐點電阻調試焊盤上。
4.如權利要求1或2所述的恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，其特征在于所述的射頻控制板包括比較器、并口接線板、同軸電纜線，比較器與并口接線板連接，同軸電纜線的一端直接與對應位置的測試晶振的信號輸出端相連接，同軸電纜線的另一端連接到信號傳輸?shù)目偟耐S電纜線上。
5.如權利要求1或2所述的恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，其特征在于一個調試機架分5層安裝，每一層安裝兩塊拐點調試板和一塊射頻控制板，每一塊拐點調試板上設有8個調試插座。
6.如權利要求1或2所述的恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，其特征在于兩個調試機架作為一組。
7.如權利要求1或2所述的恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，其特征在于所述控制電腦執(zhí)行以下步驟逐漸改變數(shù)字電位器的值，然后讀取每一個晶振的頻率，并記錄數(shù)據(jù)，以r表示電阻，以f表示頻率，分別得到(r』)，(r2, f2)直到(f7，f7)，使用最小二乘法進行曲線擬合，得到溫頻曲線的三次曲線方程式為f=ar3+br2+Cr+d，求導得到新的方程式f’ =3ar2+2br+C，最終得到r的兩個解，正解即為需要的拐點電阻值。
全文摘要
本發(fā)明涉及恒溫晶體振蕩器晶體拐點自動化測量儀，包括調試機架，其特征在于它還包括1)拐點調試插座2)拐點調試板3)射頻控制板4)頻率測量儀5)控制電腦向拐點調試板發(fā)送唯一的地址碼，設置該地址的數(shù)字電位器的電阻為指定值，并讀取每一個晶體振蕩器的頻率，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)擬合晶體振蕩器溫頻特性曲線，并計算得出晶體拐點時的電阻值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果使用本套調試設備，每套設備每次能調試160個OCXO，除了安放OCXO時，其他不占用任何人工。每次調試需要3到4小時左右，即每小時40個左右，相比與人工每小時4到5個的調試速度，其效率提升10倍以上。而且由于軟件提供的精確數(shù)據(jù)建模，使得一次溫頻特性通過率能達到接近99%，遠遠高于人工的80%。
文檔編號G01R23/02GK102565530SQ20121001151
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者李曉佳, 林麗君, 林正其 申請人:平湖市電子有限公司