Page 125 - 《应用声学》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 王威威等： SAW 谐振器谐振频率微秒级快速检测方法 121

3.5 10
3.0
8
2.5
>V ref ᣥѣ0 V 6
ႃԍ/V 2.0 <V ref ᣥѣ3 V ႃԍ/V 4 f 1 f 2
1.5
2
1.0
0.5 0
432.0 432.2 432.4 432.6 432.8 433.0 432.0 432.2 432.4 432.6 432.8 433.0
ᮠဋ/MHz ᮠဋ/MHz
(a) ೝฉᣥѣڀฉ૯Ᏺᮠ־జጳ (b) උᣗ٨ᣥѣ᤿ᣤႃࣱ
图 2 回波损耗频响曲线快速信号处理示意图
Fig. 2 Schematic diagram of fast signal processing of return loss frequency response curve

FMCWηՂԧၷ٨ Ҫဋஊܸ٨
ࠀՔᏹՌ٨
OUTPUT INPUT SAW
PA ៈ૝٨

COUPLED

ࠀ௑٨ LNA

Ͱ٪ܦ
උᣗ٨ ஊܸ٨ ໚ฉ٨ Ҫဋೝฉ٨
图 3 快速 SAW 谐振器谐振频率检测系统原理框图
Fig. 3 Block diagram of the fast return loss detection system

2 快速检测方法硬件实现 声放大器、比较器和定时器组成。功率检波器对定
向耦合器耦合的回波损耗信号进行功率到电压的
基于功率检波的 SAW 传感器回波信号检测系
转换，通过带通滤波器滤除低频与高频干扰后输入
统 [2] 不需要对高频回波信号进行下变频处理，提高
到低噪声放大器；低噪声放大器的作用是将回波损
了信号采集速度，但需要对每个激励点的回波信号
耗频响曲线放大到合适电压便于与比较器比较电
进行AD采样处理。为了进一步提高谐振式SAW传
压进行比较；比较器是将回波损耗曲线与比较电压
感器信号的检测速度，本文基于回波损耗测量原理，
进行对比输出数字逻辑电平传输到定时器；定时器
使用比较器结合定时器设计了 SAW 谐振器谐振频
用来记录逻辑脉冲中点对应频率值即谐振频率。
率快速检测系统方案，其系统原理框图如图3所示。
快速 SAW 谐振器谐振频率检测系统主要由发 ଌஆᩗ᡹
射链路、定向耦合器和接收链路组成。系统硬件的
3D示意图如图4所示。
发射链路主要包含线性调制信号源与功率放 ᏹՌ٨
大器。线性调制信号源用来生成线性扫频信号；功
率放大器将线性扫频信号放大到合适的输出功率
传输到定向耦合器。
定向耦合器的作用是连接发射链路与接收链
路，将发射链路的线性激励信号传输到 SAW 谐振 ԧ࠱ᩗ᡹
器，同时在耦合端耦合 SAW 谐振器的回波损耗信
图 4 快速 SAW 谐振器谐振频率检测系统 3D 示意图
号传输到接收链路。 Fig. 4 3D schematic diagram of fast SAW resonator
接收链路端主要由功率检波器、滤波器、低噪 resonance frequency detection system