AD5933工作原理

1、AD5933芯片简介AD5933是一种高精度阻抗数字直接变换系统，主要由一个12位、1MSPS的片上频率发生器和一个片上模拟数字转换器ADC组成。频率发生器可以产生特定频率的信号鼓励外部复阻抗。复阻抗的响应信号由片上模数转换器ADC采样后，再通过片上上数字信号处理器进行离散傅立叶变换DFT。在每个输出频率，DFT运算处理后都会返回一个实值R和虚值I。校正后，扫频轨迹上的每个频点的阻抗幅值和阻抗相对相位很容易计算。图2.1给出了AD5933的封装图,表2.1给出了AD5933的引脚定义。引脚标引脚标耳耳引脚名引脚名称称引脚描述引脚描述L L 1 1 3,3,_ _NCNC?引脚?引脚?定义?定义

2、4 4RFE外部反应电阻，连接在外部反应电阻，连接在4 4和和5 5之间之间来设直接受调电端电来设直接受调电端电 压转排压转排放大器的增益放大器的增益5 5VIN输输入到接受阻抗转换放大器入到接受阻抗转换放大器, ,存在存在VDDVDD 2 2的参考睡的参考睡6VOUT鼓励电压输出脚鼓励电压输出脚8MCLK芯片外部时钟输入，由用户提供芯片外部时钟输入，由用户提供9 9DVDD数字电源数字电源1010AVDD1模拟电源模拟电源1 11111AVAV DD2DD2模拟电源模拟电源2 21212DGNDDGND数字地数字地1313AGND1AGND1模拟地模拟地1 11414AGND2AGND2模拟

3、地模拟地2 21515SDASDArcrc数据数据输入口输入口 . .需要需要lOkQlOkQ的上的上拉电阻拉电阻连接至连接至IJIJ VDDVDD1616SCLSCLFcFc时钟输入时钟输入口，口，需要需要IQkQIQkQ的上拉电阻连接到的上拉电阻连接到VDDVDD图2.2为AD5933内部框图。ITLiw建议在使用时把所有的电源脚9、10、11都连到一起，统一连接到电源上，同样所有的地引脚12、13、14也都连接到一起，统一连接到系统地上。AD5933工作原理用AD5933来实现阻抗测量，这种测量方法实质上是一种软测量方法，即在待测变量难于直接测量的情况下，进行与之相关的易测变量的测量，并

4、依据易测变量与待测变量之间的数学关系，建立数学模型，运用各种数学计算和估计方法，实现待测变量的测量10。AD5933有一个电压输出引脚Vout图2.2。它能发出一定频率的正弦扫描信号对外部阻 抗Z3进行鼓励。信号通过被测样品后，再经放大、滤波后被模数转换器取样，并进行离 散傅立叶变换，最终计算出待测阻抗值。AD5933是通过芯片内部的DDS直接数字合成器 来产生正弦扫描信号， 该信号具有小于1Hz的分辨率。为DDS提供时钟频率的，既可以是外部时钟，也可以是内置的振荡器，可 通过软件进行设置。DDS合成的信号经过数模转换和放大后，即可变为测试需要的扫描激励信号。该正弦鼓励信号有四个幅值可供选择，

5、其值分别为2v,1v,400mv,200mv。而这些信号的起始频率，频率的增加量，和增加的次数，必须预先确定，它们都可通过软件进行设定。 扫描鼓励信号通过被测物后，再经过放大、滤波、模数AD转换，使其变为数字信号。 在这个过程中，反应电阻RFB的选取至关重要，必须保证输入到AD转换器的电压，即Vout X Rf/ Z X PGA放大倍数，既不能超过模数转换器的最大电压，也不能太小见图1。这是因为电压太大AD转换器那么会饱和，从而使信号失真。太小信号所含信息又不能够被充 分利用。这两种情况都会使AD转换器不能工作在线性区域。我们必需通过选取适宜的反应 电阻Rf,使VoutxRf/ Z X PGA

6、的数值处在一个适当的范围内以防止上述情况发生。AD转换器输出的数字信号，直接进入数字信号处理器进行离散傅立叶变换DFT,傅立叶变换在每个扫描频率点上进行，其公式如下：GsAUVNIlfnrc接口实郃傅立叶转拱W-MCLKMCLKSIHSIH温度传感普温度传感普AD 593 3PGAPGARFBRFB-0-11-RFRFXVIHVIH振薄需COSCOS砥宇合或砥宇合或口儿口儿。TOUTTOUTRoutRout1C23%()=V (x(n)(cos (n)- J sin (?)其中f是扫描点的频率，x(n)是AD转换器输出值，而cos(n)和sin(n)是在频率f下由DDS计算产生。计算的结果X (f)一般是一个复数。它的实部用R,虚部用I来表示。这些就 是建立被测阻抗数学模型所需的易测变量值。以下是详细计算过程。幅值计算阻抗测量的第一步是在每个扫频点，计算傅里叶变换的幅值，计算公式如下：幅值二JR，+ F上式中R为存储在地址为0 x94和0 x95存放器中的实数；I为存储在地址为0 x96和0 x97寄 存器中的虚数。RFBRFBVINVINVOUTVOUTAD5933AD5933TOPTOP VIE