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引线键合变频式超声波发生器的研究与设计

严勇文  
【摘要】: 本论文研究与设计的是面向芯片键合封装领域的变频式超声波发生器,其可以在广频域内驱动不同的金丝球引线键合换能器,智能搜索换能器最佳工作频率并动态锁相实现换能器的最优功率输出。其中,所进行的工作及成果如下: (1)通过对换能器等效电路模型及导纳圆进行的分析、仿真及实验,得出换能器各谐振模态下的电学特点及其锁相特征,为变频式超声波发生器的信号采集方案及锁相算法提供明确的理论依据。 (2)对基于它激模式的变频式超声波发生器进行了整体设计,并对微控制器系统、DDS信号生成系统、滤波系统、功率放大系统、信号采集系统、信号调理反馈系统、人机交互系统、电源系统进行了研究、方案比较与详细电路设计。 (3)为了得到快速切换、低失真、高稳定、宽频谱的信号源,系统引入了通信领域的DDS技术。采用高速AVR单片机控制DDS,系统具备灵活、快速的变频效果。辅以具有防三极管热击穿功能的高保真AB类功率放大电路及精密设计的滤波器,超声波发生器具备优异的正弦信号输出。同时,基于真有效值的频率跟踪电路,引入射频领域的真功率检测芯片,其具备快速、准确地将复杂的换能器电流信号以线性及分贝形式的直流电压值反馈给单片机的能力。单片机通过判断模数转换后的数字量最大值及最小值,分别实现换能器串联、并联谐振的频率跟踪。加设电压、电流相位检测电路,进一步强化锁相能力。最后,为系统提供了完善的人机交互界面、USB通信及信号幅值、工载时间的数控方案。 (4)实验表明,变频式超声波发生器具有广频域驱动、多谐振模态锁频、数字式控制、快速锁相及阻抗分析等优秀性能。


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