技术领域
[0001] 本
发明涉及测试领域,尤其涉及一种电子笔测试装置及利用该装置进行电子笔测试的方法。
背景技术
[0002] Apple Pencil为绘画、记笔记、标注文档等设立了一个新标准:直观、精准,又妙趣横生。而第二代Apple Pencil又将这种体验向前推进了一步:
配对和充电可以无线进行,轻点两下笔身即可切换不同工具,例如从画笔切换到橡皮擦等。如此高
精度智能化的电子笔,需要在制作时进行性能测试,以确保产品的高灵敏度和低谐波失真,保证产品的
质量。
[0003] 目前,对电子笔测试主要是依靠人工利用专业设备进行。然而,目前的测试过程复杂,操作要求高,需要较为专业的人员才能完成操作,且由于专业设备自身存在阻抗,测试精度受到较大的影响,无法满足越来越高的测试要求。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是克服
现有技术的不足,提供一种成本低、测试精度高且操作便捷的电子笔测试装置,以及利用该电子笔测试装置对电子笔进行测试的方法,该方法操作简单,测试精确,且保证待测电子笔的高灵敏度和低谐波失真的应用需求。
[0005] 本发明所述电子笔测试装置所采用的技术方案是:所述电子笔测试装置包括
信号激励源、功率
放大器、测试板、
信号处理装置及位于外围的上位机,待测试电子笔置于所述测试板上,所述信号激励源产生
激励信号后,经过所述
功率放大器放大后,输入所述测试板对待测电子笔进行测试,测试结果输出到所述信号处理装置,所述信号处理装置将测试结果上传所述上位机。
[0006] 上述方案可见,本发明中,通过设置独立的信号激励源为测试提供信号,其成本较低,能有效地降低装置的整体成本;且该信号激励源的
频率范围极广,针对不同批次不同型号的待测电子笔均能适用,大大地提高了整个装置的适用范围及兼容性;此外,通过信号处理装置能够将低于-80dB的二次谐波且高达1.5MHz带宽的动态
电流转换成
电压输出给高速采集
模数转换器后再输出到上位机进行信号分析,即可测试得到电子笔的质量,其测试简单,测试精度高,进而保证测试产品的高灵敏度和低谐波失真。
[0007] 进一步地,所述信号激励源为直接数字频率合成器,其
频率范围为100~600 kHz,产生电压为1.8V。由此可见,所述信号激励源具有极宽的频率范围,能够满足各种频率的测试需求,提高了整个装置的兼容性。
[0008] 又进一步地,所述信号处理装置包括电流转电压转换器、单端转
差分放大器和高速采集模数转换器,所述电流转电压转换器的负极输入端与所述测试板的输出端连接,所述电流转电压转换器的输出端通过第一
电阻与所述单端转差分放大器的负极输入端连接,所述电流转电压转换器的负极输入端与所述电流转电压转换器的输出端之间并联有放大电阻,所述单端转差分放大器与所述高速采集模数转换器之间通过第一电容连接,所述高速采集模数转换器与所述单端转差分放大器之间还通过第二电容设置有反馈回路,所述第一电阻和所述第一电容之间连接有第二电阻,所述反馈回路与所述单端转差分放大器的正极输入端之间通过第三电阻连接,所述单端转差分放大器的正极输入端通过第四电阻接地。
[0009] 上述方案可见,通过电流转电压转换器将电流信号转换成电压信号,在通过单端转差分放大器对电压信号进行单端信号转
差分信号处理,提高后续的高速采集模数转换器的信号噪声抑制比,从而提高高速采集模数转换器的动态范围和
采样有效位,高速采集模数转换器实现把
模拟信号转为
数字信号,为后续的上位机对信号进行分析提供保障。
[0010] 再进一步地,所述测试板包括相互分离的激励板和接收板,待测电子笔的笔头置于所述激励板和所述接收板之间且均未与所述激励板和所述接收板
接触。
[0011] 由此可见,所述测试板的结构简单,制作方便,且如图1所示,激励板与待测电子笔之间、待测电子笔与接收板之间、激励板与接收板之间可以模拟成3个
二极管的
串联电路:激励源通过激励板和待测电子笔形成耦合电容CXD,接收板和待测电子笔形成耦合电容CXS,激励板和接收板之间形成自我耦合电容CDS;激励源的
正弦波信号经过测试板与待测电子笔之间的
电容耦合后,接收板输出端的信号的二次谐波为电子笔的耦合信号,通过信号处理装置对该信号进行处理并输出,即可快速测试得到待测电子笔的参数,确定电子笔的质量好坏,其测试简单,成本低,且测试精确。
[0012] 更加具体地,所述激励板和所述接收板均为
铜板。由此可见,采用铜板作为测试板载体,保证了测试的精度和灵敏度。
[0013] 此外,在所述测试板与所述电流转电压转换器之间还通过第三电容接地。由此可见,第三电容设置的情况下,所述信号处理装置可实现电压直接放大,进而完成对待测电子笔的测试,从而为测试提供更多样的选择,提高其测试能
力。
[0014] 一种利用上述电子笔测试装置对待测电子笔进行测试的方法包括以下步骤:a.所述信号激励源产生激励信号;
b.所述功率放大器把激励信号放大,产生峰峰值为18V的激励信号;
c.所述功率放大器把放大后的激励
信号传输到所述激励板上,所述激励板将激励信号耦合到待测电子笔上;
d.待测电子笔接收到激励信号后产生耦合,将激励信号耦合到所述接收板上,所述接收板将激励信号送入所述信号处理装置进行信号处理;
e. 所述信号处理装置将处理后的信号输出到所述上位机,所述上位机通过判断所述接收板接收到的激励信号的二次谐波的信号大小,并与预设的标准二次谐波信号相比较,得出待测电子笔的质量。
[0015] 上述方案可见,该方法步骤简单,操作便捷,通过单独设置激励源,为测试提供频率范围宽的激励源,其二次谐波输出可以低于-80dB,从而保证了测试精度,而信号处理装置对低于-80dB的二次谐波提供高达1.5MHz带宽的动态信号转换,能够对待测电子笔进行更高精度的测试,进而保证待测电子笔的高灵敏度和低谐波失真的应用需求。
[0016] 再进一步地,所述步骤d中,所述信号处理装置对激励信号进行处理的具体步骤如下:从所述接收板输出的激励信号通过所述电流转电压转换器和所述放大电阻放大为电压信号,该电压信号VTIA_OUT通过以下公式计算得到:
VTIA_OUT= ISNS*Rx,其中,ISNS为所述接收板输出端的电流值,Rx为所述放大电阻的电阻值;
继续将电压信号输出到所述转差分放大器上进行单端信号转差分信号处理;
从所述转差分放大器输出的信号继续输入所述高速采集模数转换器进行模数转换,所述高速采集模数转换器把模拟信号转为数字信号,然后再输出到所述上位机进行信号分析。
[0017] 上述方案可见,通过电流转电压转换器将电流信号转换为电压信号后,经过单端转差分放大器由单端信号转为差分信号,提高后续的高速采集模数转换器的信号噪声抑制比,从而提高高速采集模数转换器的动态范围和采样有效位,再经过高速采集模数转换器实现把模拟信号转为数字信号,为后续的上位机对信号进行分析提供保障,其信号处理过程简单,实现简便,且信号处理精度高,保证了信号输出的可靠性和精确性。
附图说明
[0018] 图1是激励板、接收板与电子笔三者间的模拟电路的示意图;图2是本发明
实施例一的电路原理图;
图3是本发明实施例二的电路原理图。
具体实施方式
[0019] 实施例一如图2所示,本发明包括信号激励源DDS、功率放大器PA、测试板1、信号处理装置2及位于外围的上位机3。在本实施例中,所述功率放大器PA的放大倍数为10倍。待测试电子笔4置于所述测试板1上,所述信号激励源DDS产生激励信号后,经过所述功率放大器PA放大后,输入所述测试板1对待测电子笔4进行测试,测试结果输出到所述信号处理装置2,所述信号处理装置2将测试结果上传所述上位机3。所述信号激励源DDS为直接数字频率合成器,其频率范围为100~600 kHz,产生电压为1.8V。在本实施例中,直接数字频率合成器的型号选自AD9106, 直接数字频率合成器要保证产生的信号的二次谐波小于80dB。所述测试板1包括相互分离的激励板11和接收板12,待测电子笔4的笔头置于所述激励板11和所述接收板12之间且均未与所述激励板11和所述接收板12接触。在本实施例中,所述激励板11和所述接收板12均为铜板。如图1所示,激励板与待测电子笔之间、待测电子笔与接收板之间、激励板与接收板之间可以模拟成3个二极管的串联电路:激励源通过激励板和待测电子笔形成耦合电容CXD,接收板和待测电子笔形成耦合电容CXS,激励板和接收板之间形成自我耦合电容CDS。激励信号通过耦合电容对电子笔的二极管电路产生激励,然后电子笔所产生的
输出信号被接收板端接收,其中包含基波信号和二次谐波信号,根据电子笔的内部电路结构,电子笔所产生的输出信号中的二次谐波信号可以用来判断电子笔的性能。所以,激励源的正弦波信号经过测试板与待测电子笔之间的电容耦合后,接收板输出端的信号的二次谐波为电子笔的耦合信号,通过信号处理装置对该信号进行处理并输出,即可快速测试得到待测电子笔的参数,确定电子笔的质量好坏。
[0020] 所述信号处理装置2包括电流转电压转换器TIA、单端转差分放大器2X和高速采集模数转换器ADC。在本实施例中,所述电流转电压转换器TIA选自型号为OPA365的放大器,所述单端转差分放大器2X的放大倍数为2倍,其选自型号为THS4541的差分放大器,所述高速采集模数转换器ADC选自型号为ADS41B25的模数转换器。所述电流转电压转换器TIA的负极输入端与所述测试板1的输出端连接,所述电流转电压转换器TIA的输出端通过第一电阻R1与所述单端转差分放大器2X的负极输入端连接,所述电流转电压转换器TIA的负极输入端与所述电流转电压转换器TIA的输出端之间并联有放大电阻Rx,所述单端转差分放大器2X与所述高速采集模数转换器ADC之间通过第一电容C1连接,所述高速采集模数转换器ADC与所述单端转差分放大器2X之间还通过第二电容C2设置有反馈回路,所述第一电阻R1和所述第一电容C1之间连接有第二电阻R2,所述反馈回路与所述单端转差分放大器2X的正极输入端之间通过第三电阻R3连接,所述单端转差分放大器2X的正极输入端通过第四电阻R4接地。
[0021] 如图2所示,利用上述电子笔测试装置对待测电子笔进行测试的方法包括以下步骤:a.所述信号激励源DDS产生激励信号;
b.所述功率放大器PA把激励信号放大,产生峰峰值为18V的激励信号;
c.所述功率放大器PA把放大后的激励信号传输到所述激励板11上,所述激励板11将激励信号耦合到待测电子笔4上;
d.待测电子笔4接收到激励信号后产生耦合,将激励信号耦合到所述接收板12上,所述接收板12将激励信号送入所述信号处理装置2进行信号处理;
e. 所述信号处理装置2将处理后的信号输出到所述上位机3,所述上位机3通过判断所述接收板12接收到的激励信号的二次谐波的信号大小,并与预设的标准二次谐波信号相比较,得出待测电子笔4的质量。
[0022] 所述步骤d中,所述信号处理装置2对激励信号进行处理的具体步骤如下:从所述接收板12输出的激励信号通过所述电流转电压转换器TIA和所述放大电阻Rx放大为电压信号,该电压信号VTIA_OUT通过以下公式计算得到:
VTIA_OUT= ISNS*Rx,其中,ISNS为所述接收板12输出端的电流值,Rx为所述放大电阻Rx的电阻值;继续将电压信号输出到所述转差分放大器2X上进行单端信号转差分信号处理;从所述转差分放大器2X输出的信号继续输入所述高速采集模数转换器ADC进行模数转换,所述高速采集模数转换器ADC把模拟信号转为数字信号,然后再输出到所述上位机3进行信号分析。
[0023] 实施例二如图3所示,本实施例与实施例一的区别之处在于:在所述测试板1与所述电流转电压转换器TIA之间还通过第三电容C3接地。
[0024] 通过第三电容C3的设置,从而实现从所述接收板输出的信号经过第三电容C3后,采用电压直接放大的方式,最终完成对待测电子笔的测试。在本实施例中,由于存在阻抗,将第三电容C3的电容值设置为4pF,激励板与待测电子笔之间的电容CCXD设计为0.1pF,耦合电压信号会缩小-12dB。最终从所述电流转电压转换器TIA输出的电压VOUT如下:VOUT=VSNS*CCXD/(CCXD+CCIN),其中,VSNS为所述接收板输出端的电压值,CCIN为第三电容C3的电容值。
[0025] 本发明通过设置独立的信号激励源为测试提供信号,其成本较低,能有效地降低装置的整体成本,且该信号激励源的频率范围极广,针对不同批次不同型号的待测电子笔均能适用,大大地提高了整个装置的适用范围及兼容性;此外,通过信号处理装置能够将低于-80dB的二次谐波且高达1.5MHz带宽的动态电流转换成电压输出给高速采集模数转换器后再输出到上位机进行信号分析,即可测试得到电子笔的质量,其测试简单,测试精度高,进而保证测试产品的高灵敏度和低谐波失真。