阻抗测量芯片AD5933及其应用

2011-3-11 17:34:02 上传

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起重大部分寄存器已经在上面提到过了。首先主要介绍一下控制寄存器。控制寄存器主要实现AD5933各参数的设置以及工作状态的设定。表3给出了控制寄存器各个位的功能定义。控制寄存器由两个8位的寄存器组成，地址分别为80h和81h，在使用时，用户可以只改变其中一个寄存器的值，而另外一个寄存器的值不变。当给控制寄存器写入复位命令时不会使得已经编程好的和频率扫描有关的设置复位，和频率扫描有关的值为起始频率，频率增量和频率点数。在复位命令之后，必须写入开始频率命令到控制寄存器来重新开始频率扫描过程。上电之后控制寄存器的缺省值为A000H。
表3AD5933内部寄存器位定义

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除了控制寄存器外，需要注意的还有状态寄存器，状态寄存器的地址是8Fh。状态寄存器来标志测量的结束。D7到D0各位分别表示AD5933的不同功能状态，其中D4至D7没有实际意义，不表示任何测量状态。(D0表示温度测量 完成时，这位被置1)。D1表示一个频率点的阻抗测量，当完成当前频率点的阻抗测量时，这位被置1，同时表明实部和虚部数据寄存器中已经存入测量结果。在接到开始，跳到下个频率点，重复当前频率或复位等命令时该位被自动复位，在上电时这位也被复位。D2表示频率扫描完成，当所有的频率点都测量结束时该位被置1，当接受到复位命令或上电时这位被复位。
2.3AD5933与控制系统的数据传输
AD5933与控制系统的通讯是用 实现的，作为 设备使用，遵守 通讯的时序。它有一个七位的设备地址0001101。当控制系统写入到AD5933时没有什么特别说明的，当从AD5933读数据时，首先要写入B0h到AD5933，然后写入要读出数据的寄存器地址，读出寄存器的值。

2.4温度测量实现
AD5933片上的温度传感器是一个13位的数字温度传感器，第14位是一个标志位。温度传感器可以精确测量周围器件的温度。温度传感器的测量范围是-40℃到+125℃,当温度达到+150℃时，当工作在电压和温度的最大规格时，结构完整性将受到破坏。测量温度的精度为±2℃。
温度测量过程的转换时钟由内部产生，只有从串口读取或写入数据才需要外部时钟。一般模式下，内部时钟自动完成转换过程。默认情况下温度传感器处于掉电状态，要启动温度测量需要在控制寄存器中写入温度测量控制字，在测量完成后温度传感器自动关闭，直到下次接受到命令再启动。用户可以通过读取状态寄存器的值来检查温度测量是否结束，温度测量的结果保存在92h和93h中。其中有14位是有用数据，最高两位没有意义。DB13是一个标志位。表4中给出了部分测量数据与实际温度的对应关系。对于具体的温度测量数据可以通过公式得到，如果测量温度为正，则等于所得数据的十进制表示值除以32。如果测量温度值为负，且把DB13的值也计算在内，则等于测得数据的十进制值减去16384后再除以32，若不把DB13的值计算在内，则等于测量数据的十进制值减去8192后再除以32。

3阻抗测量过程实现

3.1AD5933测量阻抗模值计算
上面已经提到在频率扫描过程中，各个频率点上都可以得到实部值R和虚部值I两个值，通过它们可以计算傅立叶变换之后的模值，模值＝

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。计算之前先把实部和虚部值用十进制表示。但这只是傅立叶变换后的结果，要想得到阻抗的实际值必须乘以一个校准系数，这里称这个系数为增益系数。
下面给出一个计算增益系数的例子。当输出电压范围为2V，标定电阻为200kΩ，可编程放大器设置为1，电流电压转换放大器增益电阻为200 kΩ，激励频率为30kHz，在这个频率点上得到的实部和虚部值分别为F064、227E，转换为十进制分别为-3996、8830，则傅立叶变换后的模值＝

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，则增益系数为标定电阻的倒数除以计算得到的模值，即(1/200kΩ)/9692.106＝515.819E-12。
下面再给出一个已知增益系数、被测电阻的实部和虚部值计算被测电阻阻值的例子。假设被测电阻为510kΩ，激励频率为30kHz，测量得到的实部和虚部值分别为－1473和3507，则计算得到的模值为3802.863。电阻值＝1/(增益系数×模值)=1/(515.819E-12×3802.863) =509.791kΩ。
对于不同的测量频率点增益系数是不同的，所以在不同的频率点上要分别计算增益系数。
在测量过程中可以通过限制电阻的测量范围来优化测量性能。表4给出6个不同的阻抗范围作为参考，它们所选择的输出电压范围均为2V，可编程增益放大器设置为1。
表4测量阻抗范围设定