概述
AD5934是一款高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案，片上集成一個(gè)頻率發(fā)生器和一個(gè)12位、250 kSPS模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。用頻率發(fā)生器產(chǎn)生的信號來激勵外部復(fù)阻抗，外部阻抗的響應(yīng)信號由片上ADC進(jìn)行采樣，然后由片上DSP進(jìn)行離散傅里葉變換(DFT)處理。DFT算法在每個(gè)頻率上返回一個(gè)實(shí)部(R)數(shù)據(jù)字和一個(gè)虛部(I)數(shù)據(jù)字。
數(shù)據(jù)表：*附件：AD5934 250 kSPS、12位阻抗轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)手冊.pdf
特性

• 可編程輸出峰峰值激勵電壓，輸出頻率最高達(dá)100 kHz
• 可編程頻率掃描功能和串行I^2^C接口
• 頻率分辨率：27位(<0.1 Hz)
• 阻抗測量范圍：1 kΩ至10 MΩ
• 利用附加電路可測量100 Ω至1 kΩ阻抗
• 相位測量功能
• 系統(tǒng)精度：0.5%
• 電源電壓：2.7 V至5.5 V
• 溫度范圍：-40℃至+125℃
• 16引腳SSOP封裝

應(yīng)用

• 電化學(xué)分析
• 生物電阻抗分析
• 阻抗頻譜分析
• 復(fù)阻抗測量
• 腐蝕監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備
• 生物醫(yī)學(xué)和汽車傳感器
• 近程傳感
• 無損檢測
• 材料性質(zhì)分析
• 燃料/電池狀態(tài)監(jiān)控

框圖

引腳配置描述

典型性能特征

典型應(yīng)用

小阻抗測量

如果系統(tǒng)增益設(shè)置針對被測阻抗范圍選擇得當(dāng)，AD5933能夠測量高達(dá)10 MΩ的阻抗值。

如果用戶在VOUT引腳和VIN引腳之間放置一個(gè)較小的阻抗值（≤500 Ω ），在掃描感興趣的頻率時(shí)，會導(dǎo)致流經(jīng)該阻抗的信號電流增加。由于VOUT引腳處的固定激勵電壓可能無法為互易放大器提供所需的電流增量，所以無法實(shí)現(xiàn)單位增益條件。為使互易I - V放大器達(dá)到單位增益條件，用戶需要有一個(gè)與增益因子設(shè)置配置部分所述系統(tǒng)校準(zhǔn)反饋電阻相似的小阻值電阻。由于互易I - V放大器接收側(cè)的虛地，VIN引腳上呈現(xiàn)的電壓嚴(yán)格偏置為VDD/2 。輸出電流的增加以及對互易I - V放大器輸出端的要求，也可能導(dǎo)致該放大器在其線性區(qū)域之外工作。這會在后續(xù)的阻抗測量中引入顯著誤差。

測量小阻抗（ZUNKNOWN）時(shí)，必須考慮VOUT引腳處的輸出串聯(lián)電阻ROUT的值（見圖31），特別是當(dāng)輸出串聯(lián)電阻值與被測阻抗值（ZUNKNOWN）相近時(shí)。如果在系統(tǒng)校準(zhǔn)（即增益因子計(jì)算）中未考慮ROUT值，在測量小阻抗時(shí)會引入誤差。引入誤差的大小取決于被測阻抗與輸出串聯(lián)電阻值的相對大小。

輸出串聯(lián)電阻的值取決于VOUT處選擇的輸出激勵范圍，并且與硅制造工藝中所有分立電阻一樣，存在容差。輸出串聯(lián)電阻的典型值列于表16。

因此，為準(zhǔn)確校準(zhǔn)AD5933以測量小阻抗，必須通過充分衰減激勵電壓來降低信號電流，并且在增益因子計(jì)算中考慮ROUT值（見增益因子計(jì)算部分）。

在器件特性表征期間測量ROUT值，可通過在VOUT處選擇合適的輸出激勵范圍（例如，±2 mA ），并測量引腳處直流電壓的變化來實(shí)現(xiàn)。輸出串聯(lián)電阻可通過測量所得電流 - 電壓（I - V）曲線斜率的倒數(shù)（即1/斜率）來計(jì)算。

圖31所示的電路有助于最大程度減少上述問題的影響。該電路的要點(diǎn)在于，將AD5933系統(tǒng)增益保持在其線性范圍內(nèi)，同時(shí)測量小阻抗。為此使用了額外的外部放大器電路。外部放大器通過合適的電阻（R1和R2）對VOUT處的峰峰值激勵電壓進(jìn)行衰減，從而減少流經(jīng)被測阻抗的信號電流，并最大程度降低阻抗計(jì)算中輸出串聯(lián)電阻的影響。

在圖31所示的電路中，ZUNKNOWN識別到帶外部放大器的輸出串聯(lián)電阻通常遠(yuǎn)小于1 Ω，具體取決于所使用的運(yùn)算放大器器件（如AD820、AD8641、AD8531 ）以及負(fù)載電流、帶寬和增益。

關(guān)鍵要點(diǎn)是，圖31中的主放大器（其增益也與ZUNKNOWN相關(guān)）在增益因子校準(zhǔn)及后續(xù)與比較引腳（與小阻抗直接串聯(lián)的引腳）相連的阻抗讀數(shù)中具有較小的負(fù)載效應(yīng)。外部放大器緩沖未知阻抗，使其不受ROUT影響，并引入一個(gè)與ZUNKNOWN串聯(lián)的較小輸出阻抗。