CN0217 電路中可使用其他運算放大器，例如ADA4528-1、 AD8628、 AD8629、 AD8605 和 AD8606。 系統應用的切換選項 對于這個特定電路，ZUNKNOWN 和 RCAL 可手動互換。但在生產中應使用低導通電阻開關，開關的選擇取決于未知阻抗范圍的大小以及所需測量結果精度。此文件中的示例僅使用一個校準電阻，故可如圖13所示使用ADG849 等低導通電阻開關。還可使用四通道ADG812 等多通道開關解決方案。ZUNKNOWN 上的開關電阻所引起的誤差在校準期間消除，但通過選擇超低RON開關，可進一步充分降低這些效應。? ? 圖13. 使用ADG849超低RON SPDT開關切換RCAL和未知Z（原理示意圖，未顯示所有連接和去耦） ? AD5933和AD5934提供四個可編程輸出電壓范圍，各具有一個相關的輸出阻抗。例如，1.98V p-p 輸出電壓的輸出阻抗一般為200 Ω（見表1）。 Table 1. Output Series Resistance, ROUT, vs. Excitation Range for VDD = 3.3 V Supply Voltage Range? Output Excitation Amplitude? Output Resistance, ROUT Range 1? 1.98V p-p? 200 Ω typ Range 2? 0.97V p-p? 2.4 kΩ typ Range 3? 0.383V p-p? 1.0 kΩ typ Range 4? 0.198V p-p? 600 Ω typ 此輸出阻抗會影響測量精度，在低kΩ范圍內尤為突出，故在增益系數計算時應將其考慮在內。有關增益系數計算的詳情，請參見AD5933或AD5934數據手冊。在信號鏈內的簡易緩沖器可防止輸出阻抗影響未知的阻抗測量。在挑選低輸出阻抗放大器時，應保證足夠的帶寬來適應AD5933/AD5934的激勵頻率。針對AD8605/ AD8606/AD8608系列CMOS運算放大器，低輸出阻抗的一個實現示例如圖2所示。在AV=1時，此放大器的輸出阻抗小于1 Ω（最高100 kHz），這是AD5933/AD5934的最高工作范圍。 圖2. AD8605/AD8606/AD8608的輸出阻抗 ? 發射級和接收級的直流偏置匹配 AD5933/ AD5934四個可編程輸出電壓范圍具有四個相關偏置電壓（表2）例如，1.98 V p-p激勵電壓的偏壓為1.48 V。但是，如圖1所示，AD5933/AD5934的電流-電壓（I-V）接收級設為固定偏壓VDD/2。因此，對于3.3V電源，發射偏壓為1.48 V，而接收偏壓為3.3 V/2 = 1.65 V。此電位差會引起測試中阻抗極化，并可導致阻抗測量不準確。 一種解決方案是添加一個在低Hz范圍內具有轉折頻率的簡單高通濾波器。消除發射級的直流偏置，并將交流信號重新偏置至VDD/2，在整個信號鏈中保持直流電平恒定。 Table 2. Output Levels and Respective DC Bias for VDD = 3.3 V Supply Voltage Range? Output Excitation Amplitude? Output DC Bias Level 1? 1.98V p-p? 1.48V 2? 0.97V p-p? 0.76V 3? 0.383V p-p? 0.31V 4? 0.198V p-p? 0.173V 選擇針對接收級優化的I-V緩沖器 AD5933/AD5934的電流-電壓（I-V）放大級還可能輕微增加信號鏈的不準確性。I-V轉換級易受放大器的偏置電流、失調電壓和CMRR影響。通過選擇適當的外部分立放大器來執行I-V轉換，用戶可挑選一個具有低偏置電流和失調電壓規格、出色CMRR的放大器，提高I-V轉換的精度。該內部放大器隨后可配置成一個簡單的反相增益級。 如AD5933/AD5934數據手冊中所述，電阻RFB仍根據系統的整體增益來選擇。 高精度阻抗測量的優化信號鏈 圖1所示為測量低阻抗傳感器的建議配置。交流信號先經過高通濾波并重新偏壓，之后利用一個超低輸出阻抗放大器進行緩沖。在外部完成I-V轉換后信號返回至AD5933/AD5934接收級。決定所需緩沖器的關鍵規格有超低輸出阻抗、單電源供電能力、低偏置電流、低失調電壓及出色的CMMR性能。一些推薦器件包括ADA4528-1,AD8628/AD8629、AD8605和AD8606。根據電路板布局，可使用單通道或雙通道放大器。偏置電阻（50kΩ）和增益電阻（20 kΩ和RFB）兩者均使用精度0.1%的電阻以降低不準確性。 圖1所示的原理圖可用來改善阻抗測量精度，并采取一些示例性措施。AD8606雙通道放大器在發射路徑上緩沖信號，并將接收信號從電流轉換成電壓。對于所示的三個示例，每次遞增頻率來計算增益系數，以消除頻率相關誤差。有關此解決方案的完整設計包，包括原理圖、材料清單、布局和Gerber文件，請登錄 http://www.analog.com/zh/CN0187-DesignSupport。所用軟件和評估板附帶的軟件相同，可訪問AD5933和AD5934產品頁面獲取。 示例1：低阻抗范圍 Table 3. Low Impedance Range Setup for VDD = 3.3 V Supply Voltage Parameter? Value V p-p 1.98V (Range 1) Number of Settling Time Cycles 15 MCLK 16 MHz RCAL 20.1Ω RFB 20.0Ω Excitation Frequency Range? 30 kHz to 30.2 kHz Unknown Impedances R1 = 10.3Ω, R2 = 30.0Ω, C3 = 1 μF (ZC = 5.3Ω< at 30 kHz) 圖3、圖4及圖5所示為低阻抗測量的結果。圖5表示10.3 Ω測量并在擴展縱坐標上顯示。 精度實現水平很大程度上取決于未知阻抗范圍相對于校準電阻RCAL的大小幅度。因此，在此示例中，10.3 Ω的未知阻抗測量測得10.13 Ω，誤差約2%。選擇接近未知阻抗的RCAL可實現更精確的測量，即以RCAL為中心的未知阻抗范圍越小，測量精度越高。因此，對于更大未知阻抗范圍，可在各種RCAL電阻中切換以使用外部開關分解未知阻抗范圍。在RCAL增益系數計算期間可通過校準消除開關的RON誤差。使用開關選擇各種RFB值可優化ADC所示的信號動態范圍。 還應注意，要實現更大范圍的測量，還可使用200 mV p-p范圍。如果未知Z范圍較小，可使用更大的輸出電壓范圍來優化ADC動態范圍。 ? 圖3.低阻抗幅度測量結果 ? 圖4.低阻抗相位測量結果 ? 圖5. 10.3 Ω幅度測量結果（擴展坐標） ? 示例2：kΩ阻抗范圍 使用99.85 kΩ的 RCAL ，根據表2所示的設置條件可測得更寬的未知阻抗范圍。圖6至10記錄精度結果。要提高整體精度，請選擇更接近未知阻抗的RCAL 值。例如，在圖9中，需要更接近217.5 kΩ ZC 值的 RCAL 。如果未知阻抗范圍較大，請使用多個 RCAL 電阻。 Table 4. kΩ Impedance Range Setup for VDD = 3.3 V Supply Voltage Parameter? Value V p-p 0.198V (Range 4) Number of Settling Time Cycles 15 MCLK 16 MHz RCAL 99.85 kΩ RFB 100 kΩ Excitation Frequency Range? 30 kHz to 50 kHz Unknown Impedances R0 = 99.85 k? R1 = 29.88 k? R2 = 14.95 k? R3 = 8.21 k? R4 = 217.25 k? C5 = 150 pF (ZC = 26.5 k? at 40 kHz) C6 = 47pF (ZC = 84.6 k? at 40 kHz) ? 圖6. ZCCAL = 99.85 kΩ時的幅度結果 ? 圖7. ZC = 47 pF、RCAL = 99.85 kΩ時的相位結果 ? 圖 8. ZC = 8.21 kΩ, RCAL = 99.85 kΩ ? 圖 9. ZC = 217.25 kΩ, RCAL = 99.85 kΩ ? 圖10. 示例2的幅度結果：R1、R2、R3、C5、C6 ? 示例3：并行R-C（R||C）測量 R||C型結構也通常用于測量，，采用1 kΩ的RCAL、10 kΩ的R和10 nF的C，在頻率范圍4 kHz至100 kHz內進行測量。圖11和12所示曲線表示幅度和相位結果和理想值的關系。 Table 5. R||C Impedance Range Setup for VDD = 3.3 V Supply Voltage Parameter? Value V p-p 0.383V (Range 3) Number of Settling Time Cycles 15 MCLK 16 MHz RCAL 1 kΩ RFB 1 kΩ Excitation Frequency Range? 4 kHz to 100 kHz Unknown Impedance R||C R = 10 k? C = 10 nF ? 圖11. ZC = 10 kΩ||10 nF, RCAL = 1 kΩ時的幅度結果 ? 圖12. ZC = 10 kΩ||10 nF, RCAL = 1 kΩ時的相位結果 ? 設置和測試 The evaluation software is that used on the EVAL-AD5933EBZ application board. Please refer to the technical note available on the CD provided for details on the board setup. Note that there are alterations to the schematic. Link connections on the EVAL-AD5933EBZ board are listed below in Table 4. Also note that the location for RFB is located at R3 on the evaluation board, and the location for ZUNKNOWN is C4. Complete setup and operation for the hardware and software for the evaluation board can be found in User GuideUG-364. Table 6. Link Connections for EVAL-AD5933EBZ Link Number Default Position LK1 Open LK2 Open LK3 Insert LK4 Open LK5 Insert LK6 A CN0217 CN0217 用12位阻抗轉換器實現高精度阻抗測量 CN0217 | circuit note and reference circuit info 用12位阻抗轉換器實現高精度阻抗測量 | Analog Devices AD5933和AD5934是一款高精度的阻抗轉換器系統解決方案，集片內可編程頻率發生器與12位、1 MSPS（AD5933）或250 kSPS（AD5934）的模數轉換器(ADC)于一身。可調頻率發生器產生已知頻率來激勵外部復阻抗。 圖1所示電路在低歐姆范圍直至數百kΩ范圍內產生精確的阻抗測量，同時還優化了AD5933/AD5934的整體精度。 圖1. 優化信號鏈以提高阻抗測量精度（原理示意圖，未顯示所有連接和去耦） ? CN0217 AD5933 和 AD5934 是一款高精度的阻抗

• 高精度阻抗測量
• 采用內部頻率發生器進行復雜的阻抗測量
• 最多可測量幾百k-ohm

(analog)