圖1所示電路在低歐姆范圍直至數(shù)百kΩ范圍內(nèi)產(chǎn)生精確的阻抗測量，同時還優(yōu)化了AD5933/AD5934的整體精度,。
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圖1. 優(yōu)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）
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電路描述
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）。
此輸出阻抗會影響測量精度,，在低kΩ范圍內(nèi)尤為突出,，故在增益系數(shù)計算時應將其考慮在內(nèi)。有關增益系數(shù)計算的詳情,，請參見AD5933或AD5934數(shù)據(jù)手冊,。在信號鏈內(nèi)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(xiàn)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,。
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圖2. AD8605/AD8606/AD8608的輸出阻抗
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發(fā)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3.3 V電源,，發(fā)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(nèi)具有轉折頻率的簡單高通濾波器,。消除發(fā)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,。
選擇針對接收級優(yōu)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(diào)電壓和CMRR影響,。通過選擇適當?shù)耐獠糠至⒎糯笃鱽韴?zhí)行I-V轉換,，用戶可挑選一個具有低偏置電流和失調(diào)電壓規(guī)格、出色CMRR的放大器,，提高I-V轉換的精度,。該內(nèi)部放大器隨后可配置成一個簡單的反相增益級。
如AD5933/AD5934數(shù)據(jù)手冊中所述,，電阻RFB仍根據(jù)系統(tǒng)的整體增益來選擇,。
高精度阻抗測量的優(yōu)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(jīng)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(guī)格有超低輸出阻抗、單電源供電能力,、低偏置電流,、低失調(diào)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(jù)電路板布局，可使用單通道或雙通道放大器,。偏置電阻（50 kΩ）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,。
電路評估與測試
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(fā)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(shù)，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(chǎn)品頁面獲取,。
示例1：低阻抗范圍
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(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(yōu)化ADC所示的信號動態(tài)范圍,。
還應注意，要實現(xiàn)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(yōu)化ADC動態(tài)范圍,。
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圖3.低阻抗幅度測量結果
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圖4.低阻抗相位測量結果
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圖5. 10.3 Ω幅度測量結果（擴展坐標）
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示例2：kΩ阻抗范圍
使用99.85 kΩ的 RCAL ,，根據(jù)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,。
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圖6. ZCCAL = 99.85 kΩ時的幅度結果
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圖7. ZC = 47 pF,、RCAL = 99.85 kΩ時的相位結果
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圖 8. ZC = 8.21 kΩ, RCAL = 99.85 kΩ
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圖 9. ZC = 217.25 kΩ, RCAL = 99.85 kΩ
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圖10. 示例2的幅度結果：R1,、R2,、R3、C5,、C6
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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(nèi)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,。
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圖11. ZC = 10 kΩ||10 nF, RCAL = 1 kΩ時的幅度結果
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圖12. ZC = 10 kΩ||10 nF, RCAL = 1 kΩ時的相位結果
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設置和測試
EVAL-CN0217-EB1Z軟件和EVAL-AD5933EBZ應用板上所用的相同,。有關電路板設置的詳情，請參見光盤內(nèi)的技術筆記,。注意,，原理圖有改動,。EVAL-CN0217-EB1Z板上的鏈接如表4所示。還應注意,，RFB在評估板上位于R3,，而 ZUNKNOWN 位于C4。
常見變化
電路中可使用其他運算放大器,，例如ADA4528-1,、 AD8628、 AD8629,、 AD8605 和 AD8606,。
系統(tǒng)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(chǎn)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。
