概述
AD5933是一款高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案，片上集成頻率發(fā)生器與12位、1 MSPS的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。用頻率發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)來(lái)激勵(lì)外部復(fù)阻抗，外部阻抗的響應(yīng)信號(hào)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。

校準(zhǔn)之后，很容易算出各掃描頻率點(diǎn)的阻抗幅度和相對(duì)相位。計(jì)算是利用實(shí)部和虛部寄存器內(nèi)容在片外完成，寄存器內(nèi)容可以從串行I2C接口讀取。

ADI公司還提供一款類(lèi)似器件[AD5934]，它是一款2.7 V至5.5 V、250 kSPS、12位阻抗轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置溫度傳感器，并采用16引腳SSOP封裝。
數(shù)據(jù)表：*附件：AD5933 1 MSPS、12位阻抗轉(zhuǎn)換器網(wǎng)絡(luò)分析儀技術(shù)手冊(cè).pdf

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(cè)量
• 腐蝕監(jiān)控和保護(hù)設(shè)備
• 生物醫(yī)學(xué)和汽車(chē)傳感器
• 近程傳感
• 無(wú)損檢測(cè)
• 材料性質(zhì)分析
• 燃料/電池狀態(tài)監(jiān)控

特性

• 可編程輸出峰峰值激勵(lì)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(cè)量范圍：1 kΩ至10 MΩ
• 利用附加電路可測(cè)量100 Ω至1 kΩ阻抗
• 內(nèi)部溫度傳感器(±2°C)
• 內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘選項(xiàng)
• 相位測(cè)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°C 至 +125°C
• 16引腳SSOP封裝
• 通過(guò)汽車(chē)應(yīng)用認(rèn)證

框圖

引腳配置描述

典型性能特征

典型應(yīng)用

小阻抗測(cè)量

如果針對(duì)阻抗范圍正確選擇了系統(tǒng)增益設(shè)置，AD5933能夠測(cè)量高達(dá)10 MΩ的阻抗值。

如果用戶在感興趣的掃描頻率范圍內(nèi)，將小阻抗值（≤500 Ω ）置于VOUT引腳和VIN引腳之間，這會(huì)導(dǎo)致流過(guò)被測(cè)阻抗的電流增加。固定激勵(lì)電壓可能無(wú)法為跨導(dǎo)放大器提供所需的輸出電流，從而導(dǎo)致VOUT引腳處的電壓下降。為使互易放大器具有單位增益條件，用戶需要有一個(gè)與系統(tǒng)校準(zhǔn)中所述反饋電阻相似的小值，用于增益因子設(shè)置配置部分。VIN引腳上的電壓嚴(yán)格偏置為VDD/2?；ヒ追糯笃鞯脑?漏側(cè)電流增加，可能會(huì)使放大器在其線性區(qū)域之外工作，這會(huì)在后續(xù)的阻抗測(cè)量中導(dǎo)致顯著誤差。

測(cè)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(jiàn)圖35），特別是當(dāng)輸出串聯(lián)電阻值與被測(cè)阻抗值（ZUNKNOWN）相近時(shí)。如果測(cè)量小阻抗時(shí)忽略ROUT（即增益因子計(jì)算中不考慮），則會(huì)在后續(xù)的阻抗測(cè)量中引入誤差。引入的誤差大小取決于被測(cè)阻抗與輸出串聯(lián)電阻值的相對(duì)大小。

輸出串聯(lián)電阻的值取決于VOUT處選擇的輸出激勵(lì)范圍，并且與所有硅基制造的分立電阻一樣，存在器件間的容差。輸出串聯(lián)電阻的典型值列于表17。

因此，為準(zhǔn)確校準(zhǔn)AD5933以測(cè)量小阻抗，有必要通過(guò)充分衰減激勵(lì)電壓來(lái)降低信號(hào)電流，同時(shí)在增益因子計(jì)算中考慮ROUT值（見(jiàn)增益因子計(jì)算部分）。

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

圖35所示的電路有助于最大程度減少上述問(wèn)題。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)通過(guò)額外的外部放大器電路測(cè)量小阻抗。外部放大器通過(guò)選擇合適的電阻（R1和R2），對(duì)VOUT處的峰峰值激勵(lì)電壓進(jìn)行衰減，從而減少流經(jīng)被測(cè)阻抗的信號(hào)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35所示的電路中，ZUNKNOWN識(shí)別到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。