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变频式超声波发生器的简介

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变频式超声波发生器的简介

2019-05-18 17:15

1,变频式超声波发生器概念的定义

变频式超声波发生器指在较广的一定范围内可自行搜寻换能器的固有谐振频率,并智能调整输出频率,以实现频率跟踪的超声波发生器。设计中,超声波发生器的变频范围为 20~200 kHz。

2,变频式超声波发生器激励方式的选择

超声波发生器的激励方式有自激和它激两种模式。前者,只能跟踪一个固定频率,无法实现变频效果,所以变频式超声波发生器采用由第3方扫频模式的它激方式,故具有良好的变频效果。

图 1:变频式超声波发生器工作原理图

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3,变频式超声波发生器的变频实现

直接数字频率合成(DDS)是一种根据输入数字量生成相对于参考频率进行频率和相位调节的技术。具有高速、高精度、恒温输出及灵活变频、快速反应等优点,但其输出频率中谐波频率较多,因此必须在 DDS 输出端加入良好的滤波模块,以大幅度降低 DDS 的杂散信号,从而有效提高信噪比。

4,变频式超声波发生器的功率放大电路设计

由于典型 DDS 芯片的输出电压上限只有几百毫伏,无法驱动换能器,所以必须对 DDS 的输出信号进行功率放大。常见的功率放大拓扑结构有A 类、AB 类及D 类 3 种。其中,AB 类是现今最常用的功放拓扑结构,它能较好地平衡波形失真与转换效率间的关系。在此,考虑到其各方面的平衡性,采用 AB 类结构的功放。

图 2 AB类高保真功率放大电路示意图

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5,变频式超声波发生器的锁相机理

在实际的超声键合过程中,由于键界面处于一个动态变化的过程,换能器的谐振频率为一时变过程。因此,超声波发生器必须根据换能器的状态动态调整输出频率,以实现锁相功能。

6,变频式超声波发生器的频率跟踪电路设计

由前述分析易知,采用电流反馈实现锁相是一种有效的办法。AD8362 是新一代的真有效值检测芯片,它解决了传统真有效值芯片响应时间慢,带宽随输入电压变化的问题,具备高速、高精度测量换能器电流的能力。当 AD8362 的输出电压最大时,换能器处于串联谐振状态。

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