基于FMCW的互连线长度检测

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在测距系统中,调频连续波(FMCW)技术相比飞行时间法(To F)有发射功率低、分辨率高的特点,并且不依赖高精度计时系统,因此被广泛应用于军事高精度雷达测距及民用汽车自动驾驶(激光雷达)上。本文将当前热门的FMCW技术与电子封装组装测试相结合,设计并实现了一个PCB板级互连线长度的检测系统。首先,开展FMCW相关技术调研,主要为FMCW生成方式和长度检测原理。在理解系统原理的基础上,使用Optisystem仿真软件,进行了FMCW检测板级互连线的系统仿真和方案论证。同时,使用数学公式分别计算PCB互连线上存在的分布电感、分布电容和分布电阻等参数。其次,在了解了各种不同FMCW波形生成方式—VCO(压控振荡器)、PLL+ΔΣ调制(锁相环)和DDS(直接数字频率合成)的基础上,根据设计的要求,选用了ADI公司的AD9910芯片,研制了100 MHz~200 MHz带宽的DDS频率合成器,并编写代码控制合成器生成了FMCW三角调制波。再次,根据模拟乘法器原理配置AD835芯片外围电路,设计一个以AD835乘法器为基础的拍频模块。拍频模块的输出为两个输入信号的“频率差”和“频率和”。为了检测出差频信号,设计了由多个运算放大器组成的Sallen-key有源滤波器。将这两个模块依次连接,完成对差频信号的接收与滤波。最后,在完成硬件设计的基础上,对基于FMCW的互连线长度检测的实验进行了设计。确定了PCB互连线长度检测相关参数,比如测量精度2mm、扫频周期40us、互连线参考长度等。对软件代码和硬件电路进行了协同调试,最后互连线长度检测实验的数据表明:最大误差为2.73 mm,最小误差为1.05 mm,平均绝对偏差为1.64 mm。综上,本文以板级互连线检测为对象,使用DDS方式生成了调频连续波,开展了基于FMCW检测技术的理论推导、实验仿真、电路实现和板级互连线测试,最终完成了基于调频连续波的PCB互连线长度检测。
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