CN217360587U - 一种具有自适应校正的数字化超声发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有自适应校正的数字化超声发生器，包括：信号发生电路：产生符合当前工控机下发的引线键合参数的原始波形；功率放大电路：对原始波形进行功率放大，用于驱动超声换能器；采样电路：对超声换能器进行电压和电流参数的实时采样；反馈控制电路：连接采样电路，用于超声换能器的锁相频率控制和输出功率控制；微控制器：连接工控机、反馈控制电路以及信号发生电路，形成包括数字化锁相频率控制环和输出功率控制环的双环控制电路，所述的微控制器产生功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号。与现有技术相比，本实用新型具有高性能、高稳定性和高可靠性等优点。

Description

一种具有自适应校正的数字化超声发生器

技术领域

本实用新型涉及一种超声发生器，尤其是涉及一种具有自适应校正的数字化超声发生器。

背景技术

引线键合是芯片封装过程中的一个重要环节，而引线键合过程中最核心的模块就是超声***，它包含了超声换能器及其配套的超声发生器。此处的超声发生器，又称超声驱动电源或者超声控制器。超声发生器的作用是把电能转换成与超声换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声换能器工作，在目前的芯片封装领域中，绝大部分的超声***是采用传统的模拟电路结构的超声发生器。

传统的模拟电路结构的超声发生器(以下简称模拟超声源)硬件结构如图1所示，其采用的技术主要存在以下缺点：

1、模拟超声源的波形发生电路、锁相环电路和功率输出调节电路都采用分立元件搭建，电路结构复杂，器件数量相对庞大。因此由于硬件的原因限制了超声发生器的体积，阻碍了产品的小型化发展。

2、模拟超声源的工作频率是通过滑动变阻器设定的，这种结构的工作频率在出厂时就已经被设定好，导致用户不能根据不同的超声换能器工作频率自行更改超声发生器的工作频率。因此对于不同种类的芯片封装需要更换不同的超声换能器时，该种超声发生器的适应性较差。

3、模拟超声源的工作模式单一，通常来说只有电压一种工作模式。因此在芯片封装领域中，它对于各种不同种类芯片的封装工艺要求的应用环境适应能力较差。

4、模拟超声源不具备频率扫描和阻抗识别的功能，因此无法为现场工程师提供全面的设备诊断信息。

5、由于功率输出的控制电路通常采用的是可变电阻调节方式，导致模拟超声源输出功率大小的调节分辨率很低，通常不超过1/512。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有自适应校正的数字化超声发生器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有自适应校正的数字化超声发生器，包括：

信号发生电路：产生符合当前工控机下发的引线键合参数的原始波形；

功率放大电路：对原始波形进行功率放大，用于驱动超声换能器；

采样电路：对超声换能器进行电压和电流参数的实时采样；

反馈控制电路：连接采样电路，用于超声换能器的锁相频率控制和输出功率控制；

微控制器：连接工控机、反馈控制电路以及信号发生电路，形成包括数字化锁相频率控制环和输出功率控制环的双环控制电路，所述的微控制器产生功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号。

优选地，所述的信号发生电路包括数字化波形发生电路和波形整定电路，所述的数字化波形发生电路基于所述的微控制器的来自工控机的功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号产生准正弦波波形，所述的波形整定电路将准正弦波波形整定为正弦波波形。

优选地，所述的数字化波形发生电路包括微处理器、由数字信号控制的波形发生电路、由数字信号控制的波形幅值控制电路。

优选地，所述的反馈控制电路包括用于锁相频率控制的数字化锁相环电路以及用于输出功率控制的数字化真有效值计算电路。

优选地，所述的数字化锁相环电路包括依次连接的鉴相器、锁相环路滤波器和相位观测器，所述的鉴相器对采样电路采集的电压和电流信号的相位差进行识别，产生相位差值信号，所述的锁相环路滤波器对相位信号进行滤波，所述的相位观测器对滤波后的相位信号进行数字化采样并输入至所述的微控制器。

优选地，所述的锁相环路滤波器为低通滤波器，其截止频率为500KHz。

优选地，所述的数字化真有效值计算电路包括分别对采用的电压和电流参数进行真有效值计算的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路，所述的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路均连接至所述的微控制器。

优选地，所述的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路均包括依次连接的真有效值计算器、真有效值环路滤波器和真有效值观测器，所述的真有效值计算器用于计算获取电压真有效值信号/电流真有效值信号，所述的真有效值环路滤波器对电压真有效值信号/电流真有效值信号进行滤波，所述的真有效值观测器用于基于滤波后的电压真有效值信号/电流真有效值信号进行数字化采样并输入至所述的微控制器。

优选地，所述的真有效值环路滤波器为低通滤波器，其截止频率为500KHz。

优选地，所述的微控制器包括具有数字处理功能的微处理器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

(1)本实用新型采用全集成电路的设计构架，大幅度提高了集成度，并且在提高性能、增强稳定性和可靠性的同时，减小了产品的体积；

(2)本实用新型通过采用数字化超声发生器作为震荡信号源，实现了数倍于模拟超声源的工作频率范围，并且实现了工作频率的自适应校正功能，长时间使用也无需人工校准；

(3)本实用新型通过微控制器的强大计算能力实现了多种工作模式，同时采用数字化锁相环电路以及数字化真有效值计算电路作为信号的反馈调理方案，确保数字超声源在各工作模式下工作状态的稳定性，实现了超声换能器的频率扫描和阻抗识别，极大提高了该模块对不同种类超声换能器的支持能力，真正做到了无缝适配；

(4)本实用新型采用了高分辨率的数字波形发生电路，使得数字超声源输出功率调整分辨率满量程能高达14位(16384分之一)以上，在实现了更多功率输出模式的同时，大幅度提升了输出功率的控制分辨率，从而对精密的引线键合实现更优秀的功率控制。

附图说明

图1为模拟超声源的整体硬件构成结构框图；

图2为本实用新型数字化超声发生器的整体硬件构成结构框图；

图3为本实用新型数字化超声发生器中数字化锁相环电路的硬件构成结构框图；

图4为本实用新型数字化超声发生器中数字化真有效值计算电路的硬件构成结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本实用新型并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本实用新型并不限定于以下的实施方式。

实施例

如图2所示，本实施例提供一种具有自适应校正的数字化超声发生器，包括：

信号发生电路：产生符合当前工控机下发的引线键合参数的原始波形；

功率放大电路：对原始波形进行功率放大，用于驱动超声换能器；

采样电路：对超声换能器进行电压和电流参数的实时采样；

反馈控制电路：连接采样电路，用于超声换能器的锁相频率控制和输出功率控制；

微控制器：连接工控机、反馈控制电路以及信号发生电路，形成包括数字化锁相频率控制环和输出功率控制环的双环控制电路，微控制器产生功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号，微控制器包括具有数字处理功能的微处理器，如单片机、DSP等。

信号发生电路包括数字化波形发生电路和波形整定电路，数字化波形发生电路基于所述的微控制器的来自工控机的功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号产生准正弦波波形，所述的波形整定电路将准正弦波波形整定为正弦波波形。所述的数字化波形发生电路包括微处理器、由数字信号控制的波形发生电路、由数字信号控制的波形幅值控制电路。

反馈控制电路包括用于锁相频率控制的数字化锁相环电路以及用于输出功率控制的数字化真有效值计算电路。

如图3所示，数字化锁相环电路包括依次连接的鉴相器、锁相环路滤波器和相位观测器，鉴相器对采样电路采集的电压和电流信号的相位差进行识别，产生相位差值信号，锁相环路滤波器对相位信号进行滤波，相位观测器对滤波后的相位信号进行数字化采样并输入至微控制器。锁相环路滤波器为低通滤波器，其截止频率为500KHz。

如图4所示，数字化真有效值计算电路包括分别对采用的电压和电流参数进行真有效值计算的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路，第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路均连接至微控制器。第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路均包括依次连接的真有效值计算器、真有效值环路滤波器和真有效值观测器，真有效值计算器用于计算获取电压真有效值信号/电流真有效值信号，真有效值环路滤波器对电压真有效值信号/电流真有效值信号进行滤波，真有效值观测器用于基于滤波后的电压真有效值信号/电流真有效值信号进行数字化采样并输入至微控制器。真有效值环路滤波器为低通滤波器，其截止频率为500KHz。

本实用新型提供的一种具有自适应校正的数字化超声发生器的工作原理为：

每次引线键合机需要触发超声输出实现键合时，工控机会下发相应的指令数据给数字超声源，发送的指令包括了输出的超声功率大小和时间长度，数字化超声发生器上集成的微控制器中的通信模块实现了对工控机发送指令的接收和解析，微控制器会根据这两个重要的参数以及数字化锁相环电路和数字化真有效值计算电路反馈的相位参数、电流有效值和电压有效值，在其程序中的功率控制模块和时间控制模块以及频率控制模块中计算出当前信号发生电路的各种所需参数并且将计算的结果下发。

信号发生电路将接收到微控制器发送的时间控制参数、功率参数和频率参数进行调解转化，并以正弦波的方式表达出来，同时将该波形经过功率放大电路的放大后最终作用在超声换能器的输入端，以实现电信号到震动信号的转换。

根据引线键合机数字超声源具体需求而设计的采样电路，可以将作用在超声换能器上的电压和反馈电流进行实时采样，并且将采样得到的信号传输给锁相环检测电路和真有效值计算电路，通过上述两个模块的计算，将最终结果经过数字化采样传输给微控制器作为实时控制的计算参数。

根据以上的工作原理介绍可知：引线键合机数字化超声源具有锁相频率控制环和输出功率控制环两个闭环控制***，同时由于所有的参数计算都在数字化的微控制芯片内实现，因此无论是在输出工作模式还是在自动识别等方便都具有更好的灵活性和适应性。

上述实施方式仅为例举，不表示对本实用新型范围的限定。这些实施方式还能以其它各种方式来实施，且能在不脱离本实用新型技术思想的范围内作各种省略、置换、变更。

Claims (6)

1.一种具有自适应校正的数字化超声发生器，其特征在于，包括：

信号发生电路：产生符合当前工控机下发的引线键合参数的原始波形；

功率放大电路：对原始波形进行功率放大，用于驱动超声换能器；

采样电路：对超声换能器进行电压和电流参数的实时采样；

反馈控制电路：连接采样电路，用于超声换能器的锁相频率控制和输出功率控制；

微控制器：连接工控机、反馈控制电路以及信号发生电路，形成包括数字化锁相频率控制环和输出功率控制环的双环控制电路，所述的微控制器产生功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号；

所述的信号发生电路包括数字化波形发生电路和波形整定电路，所述的数字化波形发生电路基于所述的微控制器的来自工控机的功率控制信号、频率控制信号和时间控制信号产生准正弦波波形，所述的波形整定电路将准正弦波波形整定为正弦波波形；

所述的反馈控制电路包括用于锁相频率控制的数字化锁相环电路以及用于输出功率控制的数字化真有效值计算电路；

所述的数字化锁相环电路包括依次连接的鉴相器、锁相环路滤波器和相位观测器，所述的鉴相器对采样电路采集的电压和电流信号的相位差进行识别，产生相位差值信号，所述的锁相环路滤波器对相位信号进行滤波，所述的相位观测器对滤波后的相位信号进行数字化采样并输入至所述的微控制器；

所述的数字化真有效值计算电路包括分别对采用的电压和电流参数进行真有效值计算的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路，所述的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路均连接至所述的微控制器。

2.根据权利要求1所述的一种具有自适应校正的数字化超声发生器，其特征在于，所述的数字化波形发生电路包括微处理器、由数字信号控制的波形发生电路、由数字信号控制的波形幅值控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种具有自适应校正的数字化超声发生器，其特征在于，所述的锁相环路滤波器为低通滤波器，其截止频率为500KHz。

4.根据权利要求1所述的一种具有自适应校正的数字化超声发生器，其特征在于，所述的第一真有效值计算电路和第二真有效值计算电路均包括依次连接的真有效值计算器、真有效值环路滤波器和真有效值观测器，所述的真有效值计算器用于计算获取电压真有效值信号/电流真有效值信号，所述的真有效值环路滤波器对电压真有效值信号/电流真有效值信号进行滤波，所述的真有效值观测器用于基于滤波后的电压真有效值信号/电流真有效值信号进行数字化采样并输入至所述的微控制器。

5.根据权利要求4所述的一种具有自适应校正的数字化超声发生器，其特征在于，所述的真有效值环路滤波器为低通滤波器，其截止频率为500KHz。

6.根据权利要求1所述的一种具有自适应校正的数字化超声发生器，其特征在于，所述的微控制器包括具有数字处理功能的微处理器。

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