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提高AD5933阻抗测量精度的问题

曾志婉 在 2015-1-7 詢問的問題
最後回覆由ADI_Wei於2015-1-15提供

ADI工程师,您好!

我用STM32系列单片机和AD5933设计阻抗测量系统,硬件电路依照CN-0217设计,今天做了如下实验:

测试中,输出激励电压=2Vp-p,

                校准阻抗电阻Zcalibration= 51kΩ,

                PGA增益=×1,

                电源电压=3.3V,

                电流电压放大器增益电阻=51kΩ;

AD5933的时钟频率=1.024MHz(经16.384MHz的有源晶振经16分频获得),起始频率=29000,扫描点数=16,频率增量=62,5Hz。每个频点重复频率测量四次,取其实部和虚部的平均值,然后求得相应幅度和相位,然后,递增至下一频点,直至所有频点测量结束,则一轮扫频测量结束。

第一步:连接校准阻抗=51k,反馈阻抗=51k,获得不同频点的幅度和相位,数据如下:可以看到,不同频点,其幅度和相位并不是相等的,而是有一些波动的,幅度在9760~9766之间波动,相位在114.1~120.697°之间波动,且相位的波动趋势是:随着扫描频率的增加而增加的。(虽然理论上将,纯电阻的幅度和相位是不变的,即使激励频率不同。)

Header 1

        幅度          相位             频率

9764114.129000
9764114.49229062.5
9763114.98529125
9764115.33929187.5
9762115.85129250
9765116.24829312.5
9763116.74129375
9766117.17129437.5
9761117.61829500
9763118.14329562.5
9764118.49929625
9760118.93929687.5
9764119.3929750
9762119.86429812.5
9761120.25829875
9763120.69729937.5

第二步:将校准阻抗换下,连接上待测阻抗(已知待测阻抗=100k),反馈阻抗=51k,获得不同频点的幅度和相位,数据如下:同样幅度和相位都有数据波动,幅度在5010~5012之间波动,相位在113.107~119.6399°之间波动,相位随着频率的增加而增加。

Header 2

   幅度          相位             频率

5012113.10729000
5012113.639929062.5
5013113.998529125
5009114.380529187.5
5011114.862229250
5014115.272329312.5
5012115.706129375
5012116.186829437.5
5012116.595729500
5011117.086629562.5
5013117.474829625
5011117.915129687.5
5011118.35529750
5012118.748229812.5
5012119.234529875
5010119.639929937.5

按照AD5933datasheet提供的阻抗和相位计算方法,发现:在扫频的各频点上的阻抗误差在0.5%~0.6%范围内。

但是当待测阻抗一次换成151k,200k,251k时,测量的误差开始逐渐上升,测251k的未知阻抗时,误差可达3%。

接下来,进行另外一组测量:

与第一组同样的测试条件:

                输出激励电压=2Vp-p,

                校准阻抗电阻Zcalibration= 251kΩ,//校准阻抗由51k换成了251k

                PGA增益=×1,

                电源电压=3.3V,

                电流电压放大器增益电阻=251kΩ;//反馈阻抗由51k换成了251k

第一步:连接上校准阻抗=251k,反馈阻抗=251k,经过一轮扫频,获得如下数据:可以看到,幅度在9335~9309之间波动,且幅度的波动趋势是:随着扫描频率的增加,幅度逐渐减少;相位在118.295~125.01之间波动,且波动趋势是:随着扫描频率的增加,相位逐渐增加;

Header 3

      幅度          相位             频率

9335118.29529000
9329118.6529062.5
9328119.17329125
9330119.65929187.5
9327120.04529250
9328120.48229312.5
9322120.94829375
9321121.36829437.5
9319121.85729500
9319122.35129562.5
9315122.71929625
9314123.22629687.5
9316123.63229750
9314124.06929812.5
9314124.48929875
9309125.0129937.5

第二步:取下标准电阻,连接上待测(已知待测电阻的阻抗=300k),获得如下数据:同样幅度和相位都有数据波动。

Header 4

幅度          相位             频率

8014109.507829000
8011109.922629062.5
8011110.367429125
8012110.844229187.5
8014111.23929250
8012111.671729312.5
8013112.144829375
8011112.530729437.5
8012112.979129500
8009113.3629562.5
8009113.862829625
8008114.293929687.5
7999114.742429750
8001115.248629812.5
7999115.608529875
7997116.027429937.5

按照AD5933datasheet提供的阻抗和相位计算方法,发现:在扫频的各频点上的阻抗误差在2%~3%范围内。也就是说,当标准阻抗=反馈阻抗=251k时,测量300k的待测阻抗,误差增大了,相比于之前的

                 标准阻抗=反馈测量=51k,测量100k的待测阻抗。

而且,当标准阻抗=反馈阻抗=251k,依次测量300k,351k,400k,451k,500k的待测阻抗时,误差依次为6%,9%13%,15%。这么大的误差是不允许的。

所以,我想请问的是:如何降低误差?对于AD5933datasheet中提到的单频点校准和两点校准,对于这里的扫频测量都是不适用的,希望您能提供给我一些建议,也希望有机会能够和论坛里的坛友们交流一下,谢谢!

結果