一种印刷电感器电感值的测量装置及其测量方法

摘要

本发明涉及电子元器件参数的测量技术领域，具体指一种印刷电感器电感值的测量装置及其测量方法。因螺旋式电感器结构的复杂性，特别对于一块PCB上有几十个线圈的快速测量，常规方法无能为力。本发明原理是采用单片机测量LC振荡回路的频率，然后依据振荡频率计算出对应的电感量。为提高测量精度，采用了“学习－测量”模式，即以一个已知的标准电感L0为基准，测量振荡器频率F0，并以此F0为基准，再按电感、电容计算公式经计算机运算得出检测的电感值。装置由频率发生器1、数据处理器2、辅助电子连接部件3与被测印刷电感器以电信号的连接及上位计算机等所构成。本发明装置具有简易、快速检测电器电感值的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及电子元器件参数的测量技术领域，具体指一种对于印刷电感器因制作工艺造成的短路和开路而引起的电感值偏差的检测装置及其测量方法。

背景技术

以在平面视图上其形状为螺旋状的方式，在半导体衬底或者印刷线路板上设置金属布线而形成的螺旋式电感器L与可变电容器C组成LC电路产生振荡波，在RF(射频)模拟器件或高速数字器件中，如电压控制振荡器(VCO)和PLL(锁相环)环节等中被广泛采用。

因螺旋式电感器结构的复杂性，为检测其电感值，已提出过多种测量方法。例如：专利文献1(特开2000-28662号公报第7栏-第9栏)，公开了一种通过对由结合了对螺旋式电感器的入射波和反射波的矩阵定义的散射参数(S参数)进行测量而得到反射系数，通过Smith曲线图来求出螺旋式电感器的电感值和电阻值。又如，专利文献2(特开2-300670号公报第4栏-第6栏)，公开了在电感器上流过了可变电流以测量电压，根据电压值计算出电感值的方法等。用这些方法或者市售电感仪器确实可以测量一些印刷电感器，但是工作效率极低，由于测量引线的存在使得测量误差增大，电磁感应形成的寄生元件产生的干扰也使干扰增大。对于一块PCB上有几十个电感的要求快速测量就显得无能为力。

发明内容

本发明的目的为解决上述现有技术存在的缺失，而提出一种简易、快速用于印刷电感器电感值的测量装置及其方法。本方案的原理是采用单片机测量LC振荡回路的频率，然后依据振荡频率计算出对应的电感量。为提高测量精度，本发明采用了“学习-测量”模式，即以一个已知的标准电感L0为基准，测量振荡器频率F0，并以此F0为基准，再按电感、电容计算公式：

$F_1=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_1{C}_0}}$

$F_0=\frac{1}{2\pi \sqrt{L_0{C}_0}}$

的方法进行“学习-测量”，直至检测完毕。

由上述公式可知，电感值与频率的平方成正比，即电感值的变化与频率变化的平方成正比。本发明即通过检测频率的变化来间接测量电感的细微变化。其中，核心电路是采用普通的电压比较器，它与L1C0连接组成振荡器。由测量原理可知电路对C0的精度无严格的要求，但标准电感L0要尽可能的准确。振荡器工作后，振荡频率通过分频器经16分频后得到的频率F1，单片机对该频率进行测量并将其实时传输至上位计算机，最终由上位机软件进行计算分析，得到电感检测的结果。

本发明装置主要包括：

由一频率发生器、数据处理器和辅助电子连接部件与被测印刷电感器及上位计算机以电信号的连接所构成。

其中，所述的频率发生器为一电压比较器LM311与L1C0连接成振荡器且与标准C0、标准电感L0连接组成，通过分频器经16分频后与数据处理器作电信号的连接；并与上位计算机以数据传输连接；

所述的数据处理器为一单片机处理模块并以如下方式连接：有至少2个与被测电感器连接的模拟开关ADG732的15脚-22脚分别与单片机Atmel-mega32端口引脚相连，通过单片机控制模拟开关ADG732的工作模式。模拟开关ADG732所有控制通断引脚均可与印刷电感器连接(其中包括一个标准印刷电感器)，所有电感器与频率发生器连接，但数据处理器必须控制模拟开关ADG732同一时刻仅有1个印刷电感器保持通路状态，同时保持其他印刷电感器保持断路状态。频率发生器输出端与数据处理器输入端口相连，将频率信号通过该条通路由频率发生器输入数据处理器。辅助电子部分分为电源模块与通信接口两大部分，电源模块分别连接到频率发生器和数据处理器的供电端口，为两大模块提供电源，在本方案中采用LM7805电平芯片为系统提供直流电源。通信接口分别连接数据处理器和PC机，本方案中，采用芯片MX232作为通信接口芯片，通信协议采用异步串行传输协议。辅助电子部分的电源模块为频率发生器提供恒定的直流源，保证频率发生器的正常工作。

任何其他原理的频率发生器满足电感值影响频率值的频率发生器均可以替换LM311频率发生器电路，LM311频率发生器电路仅为本测量装置中一种选择方案。

所述的与被测电感连接的模拟开关设置最多可连接80个；

所述装置的测量方法是：

上位机和数据处理器之间通过串行口传递数据和命令；

当单片机接收到开始命令后，单片机通过PC端口控制模拟开关的通断，同一时刻保证仅有一个通道打开，测量一个电感时间为100毫秒；

模拟开关初始化为标准电感开始测量；

经模拟开关依次将所有的电感都测量完毕后，通过单片机串行口向上位计算机发送数据，作进一步运算直至输出检测的电感数值。

附图说明

图1为本发明一种印刷电感器电感值的测量装置模块连接框图；

图2为本发明一种印刷电感器电感值的测量装置核心电路图；

图3为本发明一种印刷电感器电感值的测量流程框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明一种印刷电感器电感值的测量装置作进一步的描述：

如前所述，本发明的主要技术原理是：将对电感测量转换为频率测量，通过实施对基准电感的“学习、比较”，进而测量未知电感的模式，通过如附图1所示的系统装置完成。

本发明一种印刷电感器电感值的测量装置，由一频率发生器1、数据处理器2和辅助电子连接部件3与被测印刷电感器及上位计算机以电信号的连接所构成。

所述的频率发生器1为一电压比较器LM311与L1C0连接成振荡器且与标准C0、标准电感L0连接组成，通过分频器经16分频后，输出端与数据处理器2输入端相连，频率信号通过这条线路输出；频率发生器1与模拟开关控制下的印刷电感器相连接，在同一时刻保证又且仅有1个印刷电感器与频率发生器组成回路状态，其余待测印刷电感器均保持开路状态。

任何其他原理的频率发生器满足电感值影响频率值的频率发生器均可以替换LM311频率发生器电路，LM311频率发生器电路仅为本测量装置中一种选择方案。

所述的数据处理器2为一单片机处理模块，本方案采用Atmel-mega32作为核心处理器，并以如下方式连接：

有至少2个与被测电感器连接的模拟开关ADG732的15脚-22脚分别与单片机Atmel-mega32端口引脚相连，通过单片机控制模拟开关ADG732的工作模式；

模拟开关ADG732所有控制通断引脚均可与印刷电感器连接(其中包括一个标准印刷电感器)，所有电感与频率发生器1连接，但数据处理器1必须控制模拟开关ADG732同一时刻仅有1个印刷电感器保持通路状态，同时保持其他印刷电感器保持断路状态；

频率发生器1输出端与数据处理器2输入端口相连，将频率信号通过该条通路由频率发生器1输入数据处理器2；

辅助电子部分3分为电源模块与通信接口两大部分，电源模块分别连接到频率发生器1和数据处理器2的供电端口，为两大模块提供电源，在本方案中采用LM7805电平芯片为系统提供直流电源；

通信接口分别连接数据处理器2和PC机，本方案中，采用芯片MX232作为通信接口芯片，通信协议采用异步串行传输协议；

所述的与被测电感连接的模拟开关设置最多可连接80个。

本发明所述装置的测量方法是：

上位计算机与数据处理器之间通过串行口传递数据和命令；

当单片机接收到开始命令后，单片机通过PC端口控制模拟开关的通断，同一时刻保证仅有一个通道打开，测量一个电感时间为100毫秒；

模拟开关初始化为标准电感开始测量；

经模拟开关依次将所有的电感都测量完毕后，通过单片机串行口向上位计算机发送数据，作进一步运算。

综上所述，通过本发明测量电感系统装置，特别在对1GHZ以上的高频频段的测量过程中，克服了因环境噪声的影响测量精度的因素，提高了对测量电感值的精度。并且可以在添加模拟开关数量来增加测量印刷电感器数。