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和记娱乐怡情博误:基于单芯片数字波形发生器的频率调节



小序

当今许多工业和仪器仪表利用都涉及到传感器丈量技巧。传感器的功能是监测系统的变更,和记娱乐怡情博误然后将数据反馈给主节制单元。对付简单的电压或电流丈量,传感器可以呈阻性。但在某些传感器系统中它却呈感性或容性,这意味着传感器在其事情范围内的阻抗变更呈非线性。

这种复数传感器的典典范子是靠近传感器——用来确定相对移动物体的间隔;以及容性传感器或感性传感器——在医学行业顶用来丈量血液流速以及阐发血压或血质。

丈量这些“复数传感器”的阻抗必要一个在传感器频率范围内扫描的勉励源。本设计思惟注解若何能够方便地应用单芯片数字波形发生器供给这种大年夜于10 MHz的频率扫描。本文也将先容一种集成勉励源、模数转换器ADC)和旌旗灯号处置惩罚的完备单芯片阻抗转换器(IDC),从而使它得当必要高达约达50 kHz勉励频率的利用。

传感器:事情道理

图1示出一种具有感性阻抗或容性阻抗特点的传感器模型。

经由过程传感器的勉励频率根据其电感(L)或电容(C)的瞬态值变更将体现出一种幅度、频率或相移变更。例如,超声波液体流量计平日体现为相移变更,而靠近传感器则是幅度变更。

跟踪这种阻抗变更的最常用的措施便是监测电路的共振频率。共振频率是指电容值即是电感值时对应的频点,这也是频率曲线上的最大年夜阻抗处对应的频点。例如,斟酌图2所示的靠近传感器的环境。在正常事情模式下,即静态前提下,传感器的L、R和C具有独一的值,这种环境在共振频点将具有最大年夜阻抗。当移动物体靠近传感器时,传感器的L和C值会发生变更,从而孕育发生了新的共振频率。假如监测共振频率的变更(从而监测阻抗)可以猜测移动物体相对传感器的间隔。

谋略共振频率

谋略电路的共振频率必要一个交流(AC)勉励旌旗灯号源,它在一段频率范围内扫描以绘出如图2所示的频率与阻抗关系曲线。AD9833单芯片数字波形发生器可供给一种孕育发生这种扫描输出的简单、低资源措施。我们经由过程写入代表所需频率的数字码字来改变输出频率。AD9833具有两个频率寄存器,从而容许用户在对一个频率寄存器编程的同时输出第二个频率寄存器。

AD9833具有许多优点:输出频率的分辨率是28 bit,以是用户能够以小于0.1 Hz的步幅增添输出频率。其输出频率范围是0~12.5 MHz,从而供给很宽的传感器选择机动性。例如,有些传感用具有很低的频率范围,但在该频率范围内必要很高的分辨率;而别的一些传感器则必要以较低的分辨率调节和记娱乐怡情博误很宽的频率范围。

应用频率扫描措施,可以很轻易地谋略出传感器的共振频率,并且可以使用该数据供给许多利用的传感器检测信息。

系统框图

图3示出实现这种丈量的系统框图。AD9833数字波形发生器可经由过程ADSP-218x数字旌旗灯号处置惩罚器(DSP)对其设置。首先必须对AD9833的正弦输出电压波形进行低通滤波以去除来自立时钟(MCLK)、镜像频率和高和记娱乐怡情博误阶频率的馈通。然后将颠末滤波的旌旗灯号用作传感器的勉励旌旗灯号。根据传感器的阻抗变更,将相应旌旗灯号放大年夜以使其得当ADC的动态范围。传感器的输出和勉励频率都馈送到AD7866 12 bit 1 Msps和记娱乐怡情博误同步采样双ADC。在将ADC的输出数据馈送到DSP,以便经由过程谋略传感器的幅度和相位变更做进一步的阐发。

完备的集成传感器办理规划

图3所示的分立办理规划虽然有助于各类通用传感器的阻抗丈量,但应用的宽带元件使该其资源昂贵。单个分立元件会增添其自身的偏差源,并且有源元件会增添相位偏差,以是必须颠末校对将这些偏差打消掉落。必然必要DSP处置惩罚繁杂的数学运算,并且还可能必要外部存储器存储ADC的原始数据,这样会进一步增添资源。

假如仅需低频传感器阐发,我们可供给一种低资源的办理规划。AD5933/34 12 bit IDC和收集阐发器将上述主要处置惩罚框图集成到一颗单芯片集成电路(IC)。图4示出其功能框图。

频率发生器容许应用高达50 kHz的已知频率勉励100 ~20 M范围的复数阻抗。相应旌旗灯号由内置ADC采样。内置DSP引擎完成ADC输出的离散傅立叶变换(DFT)。然后DFT算法返回实部(R)和虚部(I)数据字,从而容许方便地谋略其阻抗。应用以下公式可以方便地谋略阻抗的幅度和相位。

我们应用频率扫描来确定实际的实部阻抗值Z()。我们可以在每一个频点谋略阻抗,并且可以建立频率与幅度的关系曲线。

用户可以设置2 V、1 V、500 mV或200 mV的峰峰值正弦旌旗灯号作为外部负载的勉励源,并且可达到27 bit(小于0.1 Hz)的频率分辨率。

为了完成频率扫描,用户首先必须设置扫描所需的事情前提:肇端频率、频率步幅以及步数,然后必要一个启动敕令开始扫描。在每一点扫描频率处ADC都完成1024点采样并且谋略DFT以为波形供给实部和虚部数据。将该实部和虚部数据经由过程I2C接口以两个16 bit字的形式供给给用户。假如其内置DSP和记娱乐怡情博误有处置惩罚引擎,则意味着用户不必处置惩罚繁杂的数学谋略。它也无需存储ADC原始数据,仅需返回两个16 bit的字。还可以采纳低落功能和低落资源的DSP办理规划,由于已经显明地低落了对处置惩罚能力的要求。阶跃相应的增益可设置为1或5倍。其ADC是一款3 V电源供电的低噪声、250 ksps或1 Msps采样率的高速ADC。系统时钟经由过程MCLK真个参考时钟从外部供给,MCLK可从外部晶体振荡器或经由过程内部PLL单元供给。

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