一種諧振式傳感器的頻率特性測(cè)試系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于多頻掃描技術(shù)的諧振式傳感器頻率特性測(cè)試系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，屬于傳感器領(lǐng)域。該測(cè)試系統(tǒng)主要包括七部分，分別為主控芯片0、上位機(jī)1、控制開(kāi)關(guān)2、安全檢測(cè)模塊3、D/A轉(zhuǎn)換模塊4、待測(cè)傳感器5、接口電路6和A/D轉(zhuǎn)換模塊7。本發(fā)明采用多頻掃描的頻率特性測(cè)試的方法，在保證測(cè)試質(zhì)量的前提下極大地提高了測(cè)試效率；該測(cè)試系統(tǒng)的硬件電路成本低，使用簡(jiǎn)單方便。同時(shí)系統(tǒng)集成了安全檢測(cè)模塊，易于結(jié)合其他自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)研發(fā)成本；采用數(shù)字算法進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性好，功耗低。
【專利說(shuō)明】
一種諧振式傳感器的頻率特性測(cè)試系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法 一、
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉于傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種基于多頻掃描技術(shù)的諧振式傳感器頻率 特性測(cè)試系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 諧振式傳感器是利用諧振器把被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)的一類傳感器，該類傳 感器的精度高，穩(wěn)定性好，且輸出為準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)，接口方便，在生產(chǎn)生活中有著非常廣泛的 應(yīng)用。
[0003] 測(cè)試是傳感器研制過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，高效的測(cè)試手段對(duì)于諧振式傳感器的研發(fā) 和生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，而頻率特性測(cè)試技術(shù)是諧振式傳感器測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)之一。 2012年西北工業(yè)大學(xué)李曉瑩等在論文"基于穩(wěn)態(tài)掃頻的MEMS諧振壓力傳感器芯片測(cè)試"中 提出了一種穩(wěn)態(tài)掃頻的硅諧振壓力傳感器頻率特性測(cè)試方法，該方法精度較高，但是效率 較低。2014年清華大學(xué)鄧炎等人在論文"高效率的MEMS陀螺管芯動(dòng)態(tài)特性測(cè)試方法"中提出 了一種直接多頻激勵(lì)的頻率特性測(cè)試方法，該方法測(cè)試效率較高，但是疊加信號(hào)過(guò)多，因此 對(duì)幅值影響大，信噪比較低，且對(duì)激勵(lì)電壓有較高要求的傳感器很難實(shí)現(xiàn)。2015年中國(guó)電子 科技集團(tuán)第十三研究所的張旭輝等人在論文"低阻尼MEMS加速度傳感器頻率特性快捷測(cè)試 法"中提出了一種沖擊測(cè)試的快捷測(cè)試方法，該方法測(cè)試效率高，但是對(duì)于阻尼比較大的傳 感器很難測(cè)得輸出信號(hào)。
[0004] 在諧振式傳感器測(cè)試系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)外研究人員也做了一些報(bào)導(dǎo)。2004年三星尖 端技術(shù)研究所Vladimir Skvortzov等在論文"Development of a Gyro Test System at Samsung Advanced Institute of Technology"報(bào)道了一種基于通用設(shè)備組成的測(cè)試系 統(tǒng)，該系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均較高，同時(shí)穩(wěn)定性和可靠性較好，但是其系統(tǒng)體積龐大，而且成 本較高，連線也比較復(fù)雜，只能進(jìn)行管殼級(jí)測(cè)試，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2006年北京航空航天大 學(xué)肖志敏在論文"硅諧振式傳感器開(kāi)環(huán)特性測(cè)試分析系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)"提出了一種基于 鎖定放大器的硅諧振式微傳感器頻率特性測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠較為準(zhǔn)確的獲得傳感器頻 率特性曲線和特征值，但依然是管殼級(jí)測(cè)試，測(cè)試效率較低。自從2000年以來(lái)，SUSS MicroTec公司陸續(xù)推出了一些MEMS器件圓片級(jí)測(cè)試技術(shù)和設(shè)備，但這類設(shè)備價(jià)格昂貴。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，高效穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)諧振式傳感器的測(cè)試，本發(fā)明提出了 一種基于多頻掃描技術(shù)的諧振式傳感器測(cè)試系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法。
[0006] 本發(fā)明提出的基于多頻掃描技術(shù)的諧振式傳感器頻率特性測(cè)試系統(tǒng)主要包括七 部分，分別為主控芯片〇、上位機(jī)1、控制開(kāi)關(guān)2、安全檢測(cè)模塊3、D/A轉(zhuǎn)換模塊4、待測(cè)傳感器 5、接口電路6和A/D轉(zhuǎn)換模塊7。
[0007] 所述的主控芯片0根據(jù)不同傳感器的測(cè)試需求，可以為微處理器、數(shù)字邏輯器件。
[0008] 所述的上位機(jī)1主要用于發(fā)送控制指令、接收和處理測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率 采用合適的外部總線與主控芯片0連接實(shí)現(xiàn)互相通信。
[0009] 所述的控制開(kāi)關(guān)2可以為數(shù)字開(kāi)關(guān)、模擬開(kāi)關(guān)，通過(guò)主控芯片控制其實(shí)現(xiàn)安全測(cè)試 和多頻掃描兩種測(cè)試模式的自動(dòng)切換?？刂崎_(kāi)關(guān)2的控制端和輸入端與主控芯片相連，輸出 端分別與安全檢測(cè)模塊3和D/A轉(zhuǎn)換模塊4相連。
[0010] 所述安全檢測(cè)模塊3主要對(duì)待測(cè)傳感器5相關(guān)引腳進(jìn)行短路測(cè)試，防止因?yàn)榇郎y(cè)傳 感器5加工問(wèn)題損壞后級(jí)測(cè)試電路。安全檢測(cè)模塊3與主控芯片0和待測(cè)傳感器5相連，給待 測(cè)傳感器5提供測(cè)試信號(hào)、接收待測(cè)傳感器5的測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試結(jié)果傳送至主控芯片0，
[0011] 所述的D/A轉(zhuǎn)換模塊4與待測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)極相連，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求，可以添加 低通濾波器、帶通濾波器或高通濾波器。
[0012] 所述的待測(cè)傳感器5可以為諧振式壓力傳感器、諧振式陀螺或者其他需要測(cè)試頻 率特性的傳感器。待測(cè)傳感器5的檢測(cè)極與接口電路6相連，進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理。
[0013] 所述的接口電路6根據(jù)不同待測(cè)傳感器5而不同，其功能是將待測(cè)傳感器5輸出信 號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓或者電流值，接口電路6的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊7相連。
[0014] 所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊7將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳送給主控芯片0進(jìn)行數(shù)據(jù)處 理。
[0015] 本發(fā)明還提出了一種基于多頻掃描技術(shù)的頻率特性測(cè)試方法，該方法包括以下步 驟：
[0016] 步驟1:主控芯片0通過(guò)數(shù)字信號(hào)合成算法生成多頻疊加的數(shù)字信號(hào)Sn，
，其中A為單一 頻率信號(hào)幅值，^和^分別為頻率特性測(cè)試的起始頻率和截止頻率，m為疊加單一頻率信號(hào) 個(gè)數(shù)，可以根據(jù)傳感器的具體特性進(jìn)行設(shè)置，n = l，2,…，（fe-fs)/(m*l)且默認(rèn)初始值為1， fn=f s+(n-l)*l，l為頻率測(cè)試精度。
[0017]步驟2:數(shù)字信號(hào)5"通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并輸入到待測(cè)傳感器5的 驅(qū)動(dòng)端對(duì)傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0018] 步驟3:在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下待測(cè)傳感器5產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出量，經(jīng)過(guò)接口電路6得到 的輸出信號(hào)qn;
[0019] 步驟4:輸出信號(hào)qn通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(^(〇,傳輸給主控芯片0; [0020]步驟5:主控芯片0通過(guò)相關(guān)算法將Qn(t)轉(zhuǎn)換為Q n( ω )，從而獲得qn在驅(qū)動(dòng)彳目號(hào)各 個(gè)疊加頻率點(diǎn)匕、匕+出-匕)/1!1、~、匕+出-以( 111-1)/111處分別對(duì)應(yīng)的幅值和相位信息。
[0021 ] 步驟6:判斷如果滿足條件n<(fe-fs)/(m*l)，則n = n+l并返回執(zhí)行步驟1;如果不 滿足該條件，則證明已完成fs到fe范圍內(nèi)所有頻率點(diǎn)的測(cè)試，結(jié)束測(cè)試。
[0022]本發(fā)明的有益效果是：
[0023] 第一，采用多頻掃描的頻率特性測(cè)試的方法，克服了穩(wěn)態(tài)掃描和直接多頻激勵(lì)的 弊端，并且結(jié)合了兩種測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)，在保證測(cè)試質(zhì)量的前提下極大地提高了測(cè)試效率；
[0024] 第二，該測(cè)試系統(tǒng)的硬件電路成本低，使用簡(jiǎn)單方便。同時(shí)系統(tǒng)集成了安全檢測(cè)模 塊，易于結(jié)合其他自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，從而進(jìn)一步降低生產(chǎn)研發(fā)成本。
[0025]第三，采用數(shù)字算法進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)可靠性好，功耗低。 四、
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是本發(fā)明提出的基于多頻掃描技術(shù)的諧振式傳感器頻率特性測(cè)試系統(tǒng)框圖；
[0027] 圖2是實(shí)施例2中提出的基于多頻掃描技術(shù)的硅微諧振壓力傳感器的圓片級(jí)測(cè)試 系統(tǒng)框圖；
[0028] 圖中：
[0029] 0.主控芯片1.上位機(jī)2.控制開(kāi)關(guān)3.安全檢測(cè)模塊4.D/A轉(zhuǎn)換模塊
[0030] 5.待測(cè)傳感器6.接口電路7.A/D轉(zhuǎn)換模塊8.自動(dòng)探針臺(tái) 五、
【具體實(shí)施方式】
[0031] 實(shí)施例1:
[0032] 本實(shí)例中給出了一種基于多頻掃描技術(shù)的硅微諧振壓力傳感器管殼級(jí)測(cè)試系統(tǒng) 及實(shí)現(xiàn)方法，參閱圖1。該系統(tǒng)主要由主控芯片〇,上位機(jī)1，控制開(kāi)關(guān)2,安全檢測(cè)模塊3，D/A 轉(zhuǎn)換模塊4，待測(cè)傳感器5，接口電路6，A/D轉(zhuǎn)換模塊7八部分組成。其中：主控芯片0為FPGA; 上位機(jī)1為L(zhǎng)abVIEW;主控芯片0和上位機(jī)1通過(guò)UART接口實(shí)現(xiàn)通信;待測(cè)傳感器5為硅微諧振 壓力傳感器;主控芯片〇通過(guò)控制開(kāi)關(guān)2分別選通安全檢測(cè)模塊3或D/A轉(zhuǎn)換模塊4;安全檢測(cè) 模塊3主要由跨阻放大器進(jìn)行短路測(cè)試，以對(duì)待測(cè)傳感器5進(jìn)行初步篩選，同時(shí)防止待測(cè)傳 感器5短路對(duì)測(cè)試電路造成損害;D/A轉(zhuǎn)換器4為16位;A/D轉(zhuǎn)換器7為12位;接口電路6主要有 跨阻放大器和低通濾波器組成，提取待測(cè)傳感器5輸出信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào);本實(shí)施例中 頻率特性測(cè)試的起始頻率f s*34KHz，截止頻率為36KHz，頻率測(cè)試精度1為1Hz，所疊加信 號(hào)個(gè)數(shù)m為4。
[0033] 本是實(shí)施例中基于多頻掃描技術(shù)的硅微諧振壓力傳感器管殼級(jí)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 方法包括以下步驟：
[0034] 步驟1:上位機(jī)1通過(guò)UART接口給主控芯片0發(fā)送啟動(dòng)測(cè)試指令，主控芯片0準(zhǔn)備開(kāi) 始安全測(cè)試；
[0035] 步驟2:主控芯片0通過(guò)控制開(kāi)關(guān)2將待測(cè)傳感器5的相關(guān)引腳與安全檢測(cè)模塊3連 通，安全檢測(cè)模塊3通過(guò)跨阻放大器進(jìn)行短路測(cè)試，跨阻放大器輸出信號(hào)作為安全檢測(cè)反饋 信號(hào)輸入主控芯片〇,由主控芯片對(duì)安全檢測(cè)結(jié)果做出判斷；
[0036] 步驟3:如果安全檢測(cè)未通過(guò)，主控芯片0通過(guò)UART接口給上位機(jī)1發(fā)送終止測(cè)試信 號(hào)；
[0037] 步驟4:如果安全檢測(cè)通過(guò)，主控芯片0通過(guò)控制開(kāi)關(guān)2將待測(cè)傳感器5與安全檢測(cè) 模塊3斷開(kāi)，同時(shí)將待測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)端與D/A轉(zhuǎn)換模塊4的輸出端連通；
[0038]步驟5:主控芯片0通過(guò)DDS數(shù)字信號(hào)合成算法生成精度為16位的多頻疊加的數(shù)字 信號(hào) Sn，Sn=sin(23i(34000+n-l))+sin(23T(34500+n-l))+sin(23T(35000+n-l))+sin(23T (35500+n-l ))，其中n = l，2,…，500且默認(rèn)初始值為1;
[0039]步驟6:數(shù)字信號(hào)5"通過(guò)精度為16位的D/A轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并輸入到待 測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)端對(duì)傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0040]步驟7:在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下待測(cè)傳感器5產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出量，經(jīng)過(guò)接口電路6得到 的輸出信號(hào)qn;
[0041]步驟8:輸出信號(hào)qn通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊7轉(zhuǎn)換成12位數(shù)字信號(hào)Qn(t)，回傳給主控芯片 〇;
[0042]步驟9:主控芯片0通過(guò)相關(guān)算法將Qn(t)轉(zhuǎn)換為Qn( ω )，從而獲得qn在驅(qū)動(dòng)彳目號(hào)各 個(gè)疊加頻率點(diǎn)34001+11、34501+11、35001+11、35501+11處分別對(duì)應(yīng)的幅值和相位信息。
[0043]步驟10:判斷如果滿足條件n<500,則將已測(cè)得四個(gè)頻率點(diǎn)的幅值和相位信息發(fā) 送至上位機(jī)暫存且令n = n+l并返回執(zhí)行步驟5;如果不滿足該條件，則證明已完成34KHz到 36KHz范圍內(nèi)，間隔1Hz的所有頻率點(diǎn)的測(cè)試，主控芯片0通過(guò)UART向上位機(jī)1發(fā)送結(jié)束測(cè)試 請(qǐng)求信號(hào)。
[0044] 步驟11:上位機(jī)1根據(jù)存儲(chǔ)的測(cè)試結(jié)果繪制該待測(cè)傳感器5的頻率特性曲線圖，標(biāo) 注該傳感器的測(cè)試結(jié)果，顯示和存儲(chǔ)相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0045] 實(shí)施例2:
[0046] 本實(shí)例中給出了一種基于多頻掃描技術(shù)的硅微諧振式加速度計(jì)的圓片級(jí)測(cè)試系 統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器封裝前的自動(dòng)化測(cè)試。參閱圖2,該系統(tǒng)主要由主 控芯片0，上位機(jī)1，控制開(kāi)關(guān)2，安全檢測(cè)模塊3，D/A轉(zhuǎn)換模塊4，待測(cè)傳感器5，接口電路6，A/ D轉(zhuǎn)換模塊7和自動(dòng)探針臺(tái)8九部分組成。其中主控芯片0為ARM;上位機(jī)1為L(zhǎng)abVIEW;主控芯 片0和上位機(jī)1通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)通信;待測(cè)傳感器5為整個(gè)硅晶圓上的一個(gè)傳感器芯體;主 控芯片0通過(guò)控制開(kāi)關(guān)2分別選通安全檢測(cè)模塊3或D/A轉(zhuǎn)換模塊4;安全檢測(cè)模塊3主要由跨 阻放大器進(jìn)行短路測(cè)試，以對(duì)待測(cè)傳感器5進(jìn)行初步篩選，同時(shí)防止待測(cè)傳感器5短路對(duì)測(cè) 試電路造成損害;D/A轉(zhuǎn)換器為12位，A/D轉(zhuǎn)換器為16位;接口電路6主要有電荷放大器和帶 通濾波器組成，提取待測(cè)傳感器5輸出信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào);系統(tǒng)各電路模塊集成在探針 卡上，探針卡固定在自動(dòng)探針臺(tái)8上，上位機(jī)1與自動(dòng)探針臺(tái)8通過(guò)GPIB接口實(shí)現(xiàn)通信，自動(dòng) 探針臺(tái)8通過(guò)自動(dòng)移動(dòng)硅晶圓依次將將所有待測(cè)傳感器5接入測(cè)試電路進(jìn)行測(cè)試;本實(shí)施例 中頻率特性測(cè)試的起始頻率f s*21KHz，截止頻率fe為25KHz，頻率測(cè)試精度1為2Hz，所疊加 信號(hào)個(gè)數(shù)m為4,最后一個(gè)待測(cè)芯體的位置坐標(biāo)為9Y。
[0047] 本實(shí)施例提出的基于多頻掃描技術(shù)的硅微諧振壓力傳感器圓片級(jí)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí) 現(xiàn)方法包括以下步驟：
[0048] 步驟1:上位機(jī)1通過(guò)GPIB接口給自動(dòng)探針臺(tái)8發(fā)送指令，自動(dòng)探針臺(tái)8移動(dòng)硅晶圓 和探針卡，將晶圓上的第一個(gè)待測(cè)傳感器5與探針卡上的測(cè)試電路連通；
[0049] 步驟2:上位機(jī)1通過(guò)USB接口給主控芯片0發(fā)送啟動(dòng)測(cè)試指令，主控芯片0準(zhǔn)備開(kāi)始 安全測(cè)試；
[0050] 步驟3:主控芯片0通過(guò)控制開(kāi)關(guān)2將待測(cè)傳感器5的相關(guān)引腳與安全檢測(cè)模塊3連 通，安全檢測(cè)模塊3通過(guò)跨阻放大器進(jìn)行短路測(cè)試，跨阻放大器輸出信號(hào)作為安全檢測(cè)反饋 信號(hào)輸入主控芯片〇,由主控芯片對(duì)安全檢測(cè)結(jié)果做出判斷；
[0051 ] 步驟4:如果安全檢測(cè)未通過(guò)，主控芯片0通過(guò)USB接口給上位機(jī)1發(fā)送結(jié)束測(cè)試請(qǐng) 求。上位機(jī)1接到請(qǐng)求后，通過(guò)GPIB接口給自動(dòng)探針臺(tái)8發(fā)送指令，自動(dòng)探針臺(tái)8移動(dòng)探針卡 和硅晶圓，將下一個(gè)待測(cè)傳感器5與探針卡上的測(cè)試電路連通，執(zhí)行步驟2、3;
[0052] 步驟5:如果安全檢測(cè)通過(guò)，主控芯片0通過(guò)控制開(kāi)關(guān)2將待測(cè)傳感器芯體5的各端 口與安全檢測(cè)模塊3斷開(kāi)，同時(shí)將待測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)端與D/A轉(zhuǎn)換模塊4的輸出端連通； [0053]步驟6:主控芯片0通過(guò)DDS數(shù)字信號(hào)合成算法生成精度為12位的多頻疊加的數(shù)字 信號(hào)5"，511 = 8111(231(21000+2*(11-1)))+8111(231(22000+2*(11-1)))+8111(231(23000+2*(11-1)) )+sin( 2π( 24000+2*(n-l )))，其中 n = l，2,…，500且默認(rèn)初始值為 1;
[0054] 步驟7:數(shù)字信號(hào)5"通過(guò)精度為12位的D/A轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并輸入到待 測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)端對(duì)傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；
[0055] 步驟8:在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下待測(cè)傳感器5產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出量，經(jīng)過(guò)接口電路6得到 的輸出信號(hào)qn;
[0056] 步驟9:輸出信號(hào)qn通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊7轉(zhuǎn)換成16位數(shù)字信號(hào)Qn(t)，回傳給主控芯片 〇;
[0057] 步驟10:主控芯片0通過(guò)相關(guān)算法將Qn(t)轉(zhuǎn)換為Qn( ω )，從而獲得qn在驅(qū)動(dòng)彳目號(hào)各 個(gè)疊加頻率點(diǎn)21002+211、22002+211、23002+211、24002+211處分別對(duì)應(yīng)的幅值和相位信息。 [0058]步驟11:判斷如果滿足條件n<500,則將已測(cè)得四個(gè)頻率點(diǎn)的幅值和相位信息發(fā) 送至上位機(jī)暫存且令n = n+l并返回執(zhí)行步驟6;如果不滿足該條件，則證明單個(gè)待測(cè)傳感器 芯體已完成21KHz到25KHz范圍內(nèi)，間隔2Hz的所有頻率點(diǎn)的測(cè)試，主控芯片0通過(guò)UART向上 位機(jī)1發(fā)送結(jié)束測(cè)試請(qǐng)求信號(hào)，上位機(jī)1完成該傳感器芯體的相關(guān)數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)。
[0059]步驟12:如果該測(cè)試芯體坐標(biāo)不是9Y，上位機(jī)1通過(guò)GPIB接口給自動(dòng)探針臺(tái)8發(fā)送 指令，自動(dòng)探針臺(tái)8移動(dòng)探針卡和硅晶圓，將下一個(gè)待測(cè)傳感器5與探針卡上的測(cè)試電路連 通并返回執(zhí)行步驟2;如果該測(cè)試芯體的坐標(biāo)是9Y，結(jié)束測(cè)試。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種諧振式傳感器頻率特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，主要包括主控忍片0、上位機(jī)1、 控制開(kāi)關(guān)2、安全檢測(cè)模塊3、D/A轉(zhuǎn)換模塊4、待測(cè)傳感器5、接口電路6和A/D轉(zhuǎn)換模塊7; 所述的主控忍片0根據(jù)不同傳感器的測(cè)試需求，可W為微處理器、數(shù)字邏輯器件； 所述的上位機(jī)1主要用于發(fā)送控制指令、接收和處理測(cè)試數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率采用 合適的外部總線與主控忍片0連接實(shí)現(xiàn)互相通信； 所述的控制開(kāi)關(guān)2可W為數(shù)字開(kāi)關(guān)、模擬開(kāi)關(guān)，通過(guò)主控忍片控制其實(shí)現(xiàn)安全測(cè)試和多 頻掃描兩種測(cè)試模式的自動(dòng)切換;控制開(kāi)關(guān)2的控制端和輸入端與主控忍片相連，輸出端分 別與安全檢測(cè)模塊3和D/A轉(zhuǎn)換模塊4相連； 所述安全檢測(cè)模塊3主要對(duì)待測(cè)傳感器5相關(guān)引腳進(jìn)行短路測(cè)試，防止因?yàn)榇郎y(cè)傳感器 5加工問(wèn)題損壞后級(jí)測(cè)試電路;安全檢測(cè)模塊3與主控忍片0和待測(cè)傳感器5相連，給待測(cè)傳 感器5提供測(cè)試信號(hào)、接收待測(cè)傳感器5的測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試結(jié)果傳送至主控忍片0， 所述的D/A轉(zhuǎn)換模塊4與待測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)極相連，根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求，可W添加低通 濾波器、帶通濾波器或高通濾波器； 所述的待測(cè)傳感器5可W為諧振式壓力傳感器、諧振式巧螺或者其他需要測(cè)試頻率特 性的傳感器;待測(cè)傳感器5的檢測(cè)極與接口電路6相連，進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)處理； 所述的接口電路6根據(jù)不同待測(cè)傳感器5而不同，其功能是將待測(cè)傳感器5輸出信號(hào)轉(zhuǎn) 換為電壓或者電流值，接口電路6的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊7相連； 所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊7將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，傳送給主控忍片0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2. 基于如權(quán)利要求所述的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行諧振式傳感器頻率特性測(cè)試的方法，其特征在 于，包括W下步驟： 步驟1 :主控忍片0通過(guò)數(shù)字信號(hào)合成算法生成多頻疊加的數(shù)字信號(hào)S η，其中A為單一頻 率信號(hào)幅值，fs和fe分別為頻率特性測(cè)試的起始頻率和截止頻率，m為疊加單一頻率信號(hào)個(gè) 數(shù)，可W根據(jù)傳感器的具體特性進(jìn)行設(shè)置，11=1，2，。'，化寸3)/(111*1)且默認(rèn)初始值為1，片 = fs+(n-l )*1，1為頻率測(cè)試精度； 步驟2:數(shù)字信號(hào)Sn通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換模塊4轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并輸入到待測(cè)傳感器5的驅(qū)動(dòng)端 對(duì)傳感器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)； 步驟3:在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的作用下待測(cè)傳感器5產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的輸出量，經(jīng)過(guò)接口電路6得到的輸 出信號(hào)Qn; 步驟4:輸出信號(hào)qn通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換模塊7轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)Qn(t)，傳輸給主控忍片0; 步驟5:主控忍片0通過(guò)相關(guān)算法將Qn(t)轉(zhuǎn)換為9η(ω)，從而獲得qn在驅(qū)動(dòng)信號(hào)各個(gè)疊 加頻率點(diǎn)f η、fn+ (f e-f S )/m、…、fn+ (f e-f S ) (m-1 )/m處分別對(duì)應(yīng)的幅值和相位信息； 步驟6:判斷如果滿足條件n<(fe-fs)/(m*l)，則n = n+l并返回執(zhí)行步驟1;如果不滿足 該條件，則證明已完成fs到fe范圍內(nèi)所有頻率點(diǎn)的測(cè)試，結(jié)束測(cè)試。
【文檔編號(hào)】G01D18/00GK106092175SQ201610585636
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日 公開(kāi)號(hào)201610585636.6, CN 106092175 A, CN 106092175A, CN 201610585636, CN-A-106092175, CN106092175 A, CN106092175A, CN201610585636, CN201610585636.6
【發(fā)明人】任森, 程波, 苑偉政
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)