基于FPGA的超聲發(fā)生器設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、超聲發(fā)生是熱超聲引線鍵合的核心技術(shù)之一。超聲發(fā)生器的驅(qū)動頻率與換能器諧振頻率一致時,才能使換能器獲得最大的振動輸出。換能器在鍵合過程中由于受溫度、負載等因素變化的影響,諧振頻率會發(fā)生500～1000Hz的漂移。研究跟蹤速度快、精度高的超聲發(fā)生器對提高引線鍵合的質(zhì)量和效率具有重要意義。傳統(tǒng)模擬超聲發(fā)生器頻率跟蹤精度低、穩(wěn)定性差,現(xiàn)有數(shù)字超聲發(fā)生器運算速度慢,頻率跟蹤算法效率低。為此,本文設(shè)計了基于FPGA的具有快速頻率跟蹤功能的數(shù)字超聲發(fā)

2、生器,主要工作包括:
　　 1)分析了傳統(tǒng)超聲系統(tǒng)(包括超聲發(fā)生器和超聲換能器)的原理和結(jié)構(gòu),根據(jù)其數(shù)學(xué)模型,建立了基于Matlab/Simulink的仿真平臺,研究了換能器相位和驅(qū)動電流的動態(tài)響應(yīng)過程,發(fā)現(xiàn)了相位變化與驅(qū)動頻率之間的關(guān)系,為新型數(shù)字超聲發(fā)生器的設(shè)計提供了依據(jù)。
　　 2)仿真研究了換能器參數(shù)對其驅(qū)動電流變化過程的影響,發(fā)現(xiàn)動態(tài)電感越大,電流上升時間越長,電流穩(wěn)態(tài)值越大;動態(tài)電容越大,電流的穩(wěn)態(tài)值越大;動

3、態(tài)電阻越大,電流上升時間越短,電流穩(wěn)態(tài)值越小;而靜態(tài)電容對電流的上升時間和穩(wěn)態(tài)值沒有影響,為高效頻率跟蹤算法的設(shè)計提供了基礎(chǔ)。
　　 3)基于換能器的動態(tài)響應(yīng)特性,設(shè)計了超聲發(fā)生器數(shù)字增量式PID頻率控制算法;以FPGA為核心器件,設(shè)計并制作了超聲發(fā)生器硬件電路,編寫了各子模塊的FPGA代碼、下位機接口程序和上位機控制軟件,實現(xiàn)了具有自動頻率跟蹤、頻率掃描、動態(tài)相位和電流記錄以及時變驅(qū)動功能的數(shù)字超聲發(fā)生器。
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