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4　电容在线测试原理

电容在线测试原理电路如图4所示。

　　

　　图中Cx为印刷板上被测电容，Rx为板上与Cx并联的电阻，Z1和Z2为板上Cx两端旁路的总等效阻抗，Uref为基准的正弦波信号源，Rr为基准电阻。如同上述电阻在线测试所分析的那样，根据理想运算放大器的“虚短”原理及深度电压负反馈输出电阻为零的特征，可消除Z1和Z2的影响，实现对Cx和Rx并联阻抗Zx的“电隔离”。由图4不难看出：

Uc＝－Uref Zx／Rx　　

在印刷电路板上，电容Cx通常与Rx之间并联，如何从并联电路中单独测得Cx值，这是电容在线测试的关键。为此，我们提高正弦波发生器Uref的频率F，使Cx的容抗1／（ωCx）＜＜Rx，则可忽略Rx，使并联阻抗Zx近似等于Cx的容抗。即

式中Rr，Uref和频率F均为已知，测得Uc，便可用上式求出Cx。我们称此法为“高频近似法”。分析可知，若Rx大于被测电容Cx的容抗Zc的5倍，即若Rx≥5Cx，那么，按式Cx＝Uref／（2лFRr

Uc）求出Cx的误差不大于2％。考虑到测量中因其它因素引起的误差，整个误差总和也不大于5％。对于一般要求这种误差已经满足了。在实际电路中，电容量的范围很广，与电容器并联的电阻值差别也很大。为实现高频近似法测试Cx，应根据实际情况选择合适的信号频率。为了便于测量控制，又不使正弦波信号发生器过于复杂，采取的措施是将信号源的频率按5倍频分档，并使各档信号Uref的幅度相等。由低向高按5倍关系逐档增高信号频率，同时测量响应的输出电压Uc，并计算相邻两档低频输出电压Ucl和高频输出电压Uch的比值。分析证明，若该比值Ucl／Uch≥3．6时，则可以用这个高档频率的信号测量Cx，此时的输出电压Uc＝Uch。将此时的f，Uref和Uc代入Cx＝Uref／（2лfRrUc），便可求得Cx。而Ucl／Uch≥3．6则可作为“高频近似法”选择测试频率的依据。

5　系统软件

　　该在线测试系统的软件，采用模块化结构，由主程序、若干子程序和中断程序组成，并且采用了数字滤波等软件抗干扰技术，提高了测试精度。系统主程序的流程图如图5所示。系统启动后，先初始化，然后判断测试Cx还是Rx，则分别进入各次的测试程序，开始在线测试。电阻在线测试过程为：被测电阻Rx通过Rx／Ur转换电路，将Rz转换为直流输出电压Ur，送入A／D转换器将模拟电压转换为数字量，输入单片机系统。单片机国家输入得数据，选择最佳量程，并控制量程转换开关，选择合适的基准电阻Rr，实现量程自动转化。在单片机控制下，进行多次（如8次）采样测试，并对各次测得的Ur求取平均值，然后计算出电阻Rx，最后送显示器显示。

　　电容在线测试过程为：将Cx／Uc转换电路，在正弦波信号发生器的作用下将Cx的数值转换为交流输出电压Uc，送入A／D转换器转换为数字量，送至单片机。单片机开展量程转换开关，选择最佳量程，获得与Cx相应的Uc值。单片机通过频率转换开关，控制正弦波信号发生器的振荡频率，从最抵挡频率开始，按5倍频逐级增频率。同时读入各档的相应Uc值，并对相邻两档频率的数据Ucl和Uch求商Ucl／Uch，判断Ucl／Uch是否大于3．6，若不大于此值，则继续读入求商，直到Ucl／Uch≥3．6，单片机就根据最后这次Fh和Uch，按式Cx＝Uref／（2лfhUch）求Cx值，并送显示器显示被测的电容量数值。

　　1　朱锡仁．电路测试技术与仪器．北京：清华大学出版社，1989
　　2　张卫平，张英儒．现代电子电路原理与设计．北京：原子能出版社，1997
　　3　何立民．MCS—51系列单片机应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1990
　　4　王福瑞．单片机微机测控系统设计大全．北京航空航天大学出版社，1998
　　5　李华．MCS—51系列单片机实用接口技术．北京航空航天大学出版社，1993
　　6　涂时亮，张友德，陈章龙．单片微机软件设计技术．重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1988

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关键词： 电阻电容 在线测试 单片机 电隔离