1.一种SC切型石英晶片在线研磨的测频测试系统,其特征在于,包括单次扫频双谐振频率波形匹配功能、单次扫频谐振频率数据处理功能、单位时间内数据处理功能;具体过程如下:
1.1)参数设置步骤:读取系统中掉电存储模块内测频测试参数和SC晶片设置参数;
测频测试参数,通过掉电存储模块读取,其包括扫频参数和测频参数;其中扫频参数包括扫频起始频率和扫频截止频率、扫频步进、扫频速度、扫频幅度,测频参数包括高频搜索宽度、低频搜索宽度和峰值约束;SC晶片设置参数,通过掉电存储模块读取,其包括SC频率比、频率比上限、频率比下限;
对上述参数进行约束条件判断,若上述参数存在不满足约束条件的情况,则将其根据新设置的值写入到掉电存储模块内,若掉电存储模块中不存在上述参数,则将上述参数设置为默认值,并将其写入掉电存储模块;
其中,扫频截止频率和扫频起始频率的差值为扫频范围,扫频起始频率和扫频截止频率的取值范围为1MHz~120MHz,同时扫频截止频率至扫频起始频率必须满足大于0MHz小于
20MHz,若不满足则将起始频率和截止频率设置为默认值,起始频率默认值为9MHz,截止频率默认值为11MHz;
扫频步进的取值范围为100Hz~8000Hz,若不满足条件,则根据扫频范围设置扫频步进,当扫频范围小于2MHz时,设置扫频步进为1000Hz,当扫频范围为2MHz~4MHz,设置扫频步进为2000Hz,当扫频范围为4MHz~6MHz,设置扫频步进为3000Hz,当扫频范围大于6MHz,设置扫频步进为4000Hz;
扫频速度的取值范围为2uS~100uS,若不满足条件,则设置为默认值50uS;
扫频范围、扫频步进和扫频速度三者之间需满足的约束条件为:(扫频范围/扫频步进*扫频速度)>4mS,若不满足,需将这几个参数设置为默认值将上述测频测试参数和SC晶片参数分别发送给显示模块显示,用户根据需要进行参数修改,若修改后的参数与当前MCU中存储的值不同,则将MCU中的值更新为显示的新参数值;
1.2)扫频准备步骤:对测频测试功能的相关变量进行初始化,变量包括界面显示的变量、统计变量和测频变量;在扫频模块开始扫频前,先将上升沿和下降沿的信号采样次数清零,将上升沿和下降沿扫频信号采样完成标志位清零;根据测频测试的界面中设置的扫频参数设置扫频模块的参数、控制扫频模块进行扫频;
1.3)波形匹配步骤:步骤1.2)中若上升沿或者下降沿采样完成,则进入单次扫频双谐振频率波形匹配功能,单次扫频双谐振频率波形匹配后进行单次扫频谐振频率数据处理,获得单位时间内高频谐振频率和低频谐振频率的平均值,用于下次数据处理比较使用,同时将单次扫频相关变量清零;当单位时间内数据处理中设定的单位时间到达后,进行相关的数据处理,对单位时间内测到的所有高频和低频谐振频率求平均值和标准差,得到实时峰高和谐振宽度的平均值,高频频率和低频频率的比值,同时设置界面测频结果指示灯,并将相关数据处理完成后,将这些数据发送给显示模块进行显示,完成本轮单位时间内的测频过程后,将高频谐振频率平均值的初始值设置为扫频截止频率,低频谐振频率平均值的初始值设置为扫频起始频率,同时将高频和低频对应的频率、峰高、线宽等统计变量清零。
2.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨的测频测试系统,其特征在于,步骤1.1)中扫频幅度的取值范围为5~4000,若不满足该条件,则将其设置为默认值1000;
低频搜索宽度和高频搜索宽度的取值范围为1~400kHz,若不满足该条件,则将其都设置为默认值33kHz;
峰值约束的取值范围为1~2000,若不满足条件,则将其设置为默认值500;
SC频率比为SC切型石英晶片高频频率和低频频率的比值,为浮点型数据,占4个字节,根据SC切型石英晶片特性,其取值范围为1.05~1.25,若不满足该条件,则将其设为默认值
1.095;
频率比上限为比例值,其取值范围为1~99,若不满足条件,则将其设为默认值10;通过SC频率比和频率比上限,确定(高频频率/低频频率)的最大值,其公式为:(高频频率/低频频率)的最大值=SC频率比+(SC频率比-1)*频率比上限/100;
频率比下限为比例值,其取值范围为1~99,若不满足条件,则将其设为默认值10;通过SC频率比和频率比下限,确定(高频频率/低频频率)的最小值,其公式为:(高频频率/低频频率)的最小值=SC频率比-(SC频率比-1)*频率比下限/100。
3.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨的测频测试系统,其特征在于,步骤1.2)中界面显示的变量包括高频频率相关显示变量和低频频率相关显示变量,其初始化包括:单位时间内谐振频率平均值清零和单位时间内谐振频率次数清零、单位时间内谐振频率标准差清零、1秒内测到的谐振频率次数清零;
统计变量也包括高频频率相关的统计变量和低频频率相关的统计变量,其初始化包括:测频测试过程谐振频率平均值设置,其中高频谐振频率平均值初始化设置为扫频截止频率,低频谐振频率平均值设置为扫频起始频率;单次扫频瞬时频率存储数组清零;单次扫频瞬时峰高存储数组清零;单次扫频瞬时谐振宽度存储数组清零;单次扫频测到谐振频率次数清零;单次扫频频率峰峰值最大时的瞬时频率、峰高和谐振宽度变量清零;单位时间内测频测试每次扫频谐振频率存储数组清零;单位时间内测频测试每次扫频实时峰高存储数组清零;单位时间内测频测试每次扫频谐振宽度存储数组清零;单位时间内谐振频率次数清零;通过SC晶片参数设置高低频频率比的最大值和最小值;
测频变量为波形匹配中使用的搜索宽度,分别设置高频谐振频率和低频谐振频率的波形搜索宽度,其公式为:波形搜索宽度=界面设置搜索宽度/扫频步进,其中,界面设置搜索宽度通过测频测试界面分别设置高频的搜索宽度和低频的搜索宽度。
4.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨的测频测试系统,其特征在于,步骤1.3)中单次扫频双谐振频率波形匹配功能的具体步骤如下:
1.3.1.1)对所有采样点从起始点开始,到截止点-9SSmin结束,进行波形匹配;其中,SSmin为低频搜索宽度和高频搜索宽度中的较小值;
1.3.1.2)分别使用低频搜索宽度和高频搜索宽度作为参数进行9点波形匹配,若匹配成功,则获取匹配成功波形的峰峰值,峰峰值为波形中的幅度最大值与最小值的差值;其中,扫频上升沿过程中处理下降沿采集数据,波形峰峰值为波形中的第6点的幅值与波形中第4点的幅值的差值;扫频下降沿过程中处理上升沿采集数据,波形峰峰值为波形中的第4点的幅值与波形中第6点的幅值的差值;
1.3.1.3)波形匹配成功后,比较波形峰峰值与界面设置的峰值约束,若波形峰峰值大于界面设置的峰值约束,则认为搜索成功,记录搜索成功时的搜索宽度SS;
1.3.1.4)对搜索成功的波形进行截取中心6SS的长度,去掉开始2SS和结尾SS的长度后进行数据平滑处理,其中SS为搜索宽度;经平滑处理后再求6SS波形中的幅值最大值和幅值最小值在整个波形中的位置;
1.3.1.5)根据扫频起始频率、扫频截止频率、6SS波形中的幅值最大值和最小值在整个波形中的位置求得当前的瞬时谐振频率、实时峰高和谐振宽度;其中,扫频上升沿和扫频下降沿处理过程不同,扫频上升沿过程处理下降沿数据,具体数据处理公式如下:瞬时谐振频率=Fend-(6SS波形中的幅值最大值所在的位置)*扫频步进
其中,Fend为扫频截止频率;
实时峰高=6SS波形幅值最大值-6SS波形幅值最小值;
谐振线宽=(6SS波形幅值最大值所在位置-6SS波形幅值最小值所在的位置)*扫频步进/3;
扫频下降沿过程处理上升沿数据,具体数据处理公式如下:
瞬时谐振频率=Fstart+(6SS波形中的幅值最大值所在的位置)*扫频步进其中,Fstart为扫频起始频率;
实时峰高=6SS波形幅值最大值-6SS波形幅值最小值;
谐振线宽=(6SS波形幅值最小值所在位置-6SS波形幅值最大值所在的位置)*扫频步进/3;
1.3.1.6)判断本次测到谐振频率的峰峰值是否大于之前测到谐振频率的峰峰值最大值,若大于,则将本次测到的谐振频率设置为峰峰值最大谐振频率,将本次测到的谐振频率的峰高设置为峰峰值最大谐振频率的峰高,及本次测到的谐振宽度设置为峰峰值最大谐振频率的谐振宽度;
1.3.1.7)判断本次单次扫频波形匹配过程测到的谐振频率次数是否大于设定阈值;若大于,则直接退出本次测频过程,进入单次扫频数据处理流程;若小于且测到谐振频率,则采样点向前推进6SS,进行下一次的波形匹配;若小于且未测到谐振频率,则采样点向前推进1点,进行下一次的波形匹配;
1.3.1.8)如果本次单次扫频波形匹配过程至少测到一个谐振频率则进入单次扫频谐振频率数据处理流程,否则直接退出本次测频,等待下一次采样完成。
5.根据权利要求1所述的一种SC切型石英晶片在线研磨的测频测试系统,其特征在于,步骤1.3)中单次扫频谐振频率数据处理功能包括3种情况,测到2个以上谐振频率、测到2个谐振频率和测到1个谐振频率;
测到2个以上谐振频率,先遍历存储数组中的所有谐振频率,通过两轮循环从数组中依次取出两个数据进行除法运算,若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内,则取出这两个数据分别存入高频频率和低频频率对应的单位时间内谐振频率存储数组,并将对应的实时峰高和谐振线宽分别存入高频频率和低频频率对应的单位时间内,每次扫频实时峰高存储数组和谐振宽度存储数组;同时高频频率和低频频率的单位时间内谐振频率次数进行加1处理,在存入对应存储数组时,若存入的数据个数大于数组大小时,需进行堆栈处理,将先存入的数据剔除,再将后存入的数据存入数组;若数据个数小于数组大小,则直接存入;
若得到符合条件的两个数据,则退出遍历循环,认为本次数据处理完成,得到本次扫频的高频频率和低频频率;
若遍历存储数组中的所有频率都未得到符合条件的数据,则提取单次测频过程中的最大峰峰值对应的频率、实时峰高和谐振宽度;具体提取包括如下四种情况:第一种当前单位时间内低频谐振频率次数为0而高频谐振频率次数非0,此时判断高频谐振频率平均值与单次测频最大峰峰值对应的频率的比值是否大于频率比最小值,若大于则认为最大峰峰值对应的频率为低频谐振频率,否则认为是高频谐振频率;
第二种当前单位时间内低频谐振频率次数非0而高频谐振频率次数为0,此时判读单次测频最大峰峰值对应的频率与低频谐振频率平均值的比值是否大于频率比最小值,若大于则认为最大峰峰值的频率为高频谐振频率,否则认为是低频谐振频率;
第三种当前单位时间内低频谐振频率次数和当前单位时间内高频谐振频率次数都为
0,最大峰峰值对应的频率与单位时间内高频谐振频率平均值和单位时间内低频谐振频率平均值比较,看与其中的哪个频率比较接近,若比较接近低频谐振频率平均值,则将其存入低频单位时间内每次扫频谐振频率存储数组,否则将其存入高频单位时间内每次扫频谐振频率存储数组,同时分别将对应的实时峰高和谐振宽度分别存入高频和低频对应的单位时间内每次扫频实时峰高存储数组和谐振宽度存储数组;
第四种当前单位时间内低频谐振频率次数和当前单位时间内高频谐振频率次数都非
0,此时处理方式与第三种相同;
测到2个谐振频率,将测到的两个数据进行除法运行,若其商在频率比最大值和频率比最小值范围内,则将这两个数据分别存入高频和低频对应的单位时间内每次扫频谐振频率存储数组,将对应的实时峰高和谐振宽度分别存入高频和低频对应的单位时间内每次扫频实时峰高存储数组和谐振宽度存储数组;同时高频和低频的单位时间内谐振频率次数进行加1处理;
若两个数据的比值不符合频率比约束,则提取单次扫频波形匹配过程中的最大峰峰值对应的频率、实时峰高和谐振宽度,且具体提取方法与测到2个以上谐振频率的相同;
测到1个谐振频率,提取单次扫频波形匹配过程中的最大峰峰值对应的频率、实时峰高和谐振线宽,具体提取方法与测到2个以上谐振频率的相同。