导言
当今的许多工业和仪器仪表使用都触及传感器
丈量。传感器的功用便是监督体系中的改动，然后将此数据反馈给主操控器。用于简略的电压或电流丈量的传感器或许是电阻性的。可是，有些传感器体系或许是电理性或电容性的，便是说在传感器频率规模内阻抗改动对错线性的。
这类复阻抗传感器的典型比如便是挨近传感器——用于检测一个运动物体的相对距离;别的，容性传感器或理性传感器——在医用设备中用于丈量血流或许剖析血压或血质。
为了用这些“复阻抗传感器”完结丈量，有必要供给一种沟通(AC)鼓励频率源在传感器的频率规模内进行扫描。本文企图阐明怎么选用单芯片数字波形发生器轻松完结这种高达10 MHz的频率扫描。还介绍了一种带集成鼓励、呼应和数字信号处理器(DSP)功用完好的单芯片传感器处理计划，它合适要求高达近50 kHz鼓励频率的使用。
传感器：作业原理
图1示出一种具由感抗和容抗特性组成的复阻抗传感器模型。
经过传感器的鼓励频率信号会依据传感器的L或C瞬时值表现出相应的起伏、频率或许相位的改动。例如，超声波液流计会表现出相位偏移，而挨近传感器会引起起伏改动。
图1. 具有复阻抗特性的传感器模型
盯梢这种改动阻抗的最常用办法便是监督电路的谐振频率。谐振频率便是%&&&&&%值等于电感值地点的频率点。这也是频率曲线上最大阻抗值对应的频率点。例如，考虑如图2所示的挨近传感器状况。在正常状况下，例如在静态条件下，传感器的L，R和C都具有一个仅有值，在谐振频率Fo处具有最大阻抗值。当一个运动物体挨近传感器时，那么传感器的L和C值就会改动，而且发生一个新的谐振频率。经过监测谐振频率的改动(然后导致阻抗的改动)，就有或许估测出运动物体相对传感器的移动距离。
图2 . 挨近传感器的谐振频率随移动距离的改动
核算谐振频率
核算电路的谐振频率需求丈量频率和阻抗的联系(如图2所示)，尤其是需求一个能够在必定频率规模内具有扫描才能的波形发生器。一种简略、低本钱的完结办法便是选用AD5930波形发生器。AD5930具有在一组预设置的频率规模内供给线性扫描的才能。一旦条件设定，就无需进一步的操控，除了一个用于发动频率扫描的触发器。
AD5930具有许多长处：输出频率的分辨率为28 bit，所以用户能以小于0.1 Hz的操控精度输出频率。其输出频率规模为0～10 MHz，然后对挑选传感器具有很大的灵活性。例如，有些传感器的频率规模很窄，可是要求在此频率规模内具有很高的分辨率。还有些传感器或许需求很宽的调频规模，可是分辨率要求较低。
选用这种办法很简单核算出传感器的谐振频率。
这种体系的典型框图如图3所示。经过BF-535DSP处理器设置AD5930数字波形发生器。需求对从AD5930发生的正弦波输出电压波形进行低通滤波和扩大以便消除主时钟(MCLK)、镜像频率和高频噪声发生的馈通。经过滤波的信号可用作传感器的鼓励频率源。依据传感器的阻抗呼应信号或许需求进行扩大以便使其进入模数转换器(ADC)的动态规模内。传感器的输出和鼓励频率源都输入到AD7266——一种12 bit、2 MSPS的同步采样双ADC。将ADC输出的数据保存在存储器中以便做进一步的剖析以核算出传感器的相位和起伏偏移。
图3. 体系框图
完好的集成传感器处理计划
上面介绍的分立处理计划是一种常用的传感器阻抗丈量处理计划。该计划或许需求许多分立元件，所以是一种高本钱的传感器剖析处理计划。这些独自的元件还会添加本身的差错源。规划中的有源元件还会添加相位差错，这也是需求校对。别的，还需求DSP处理一些杂乱的数学核算，这样或许需求外部存储器来存储原始的ADC数据，然后会进一步添加本钱。
处理上述低频率传感器剖析问题的处理计划是AD5933/4器材，它将上述首要处理模块都集成到一颗芯片中。该芯片的内核包含3个首要单元：用于供给频率扫描的直接数字频率合成器(DDS)波形发生器; 用于丈量传感器的呼应的12 bit、1 MSPS ADC;以及终究能够对ADC丈量数据进行1024点离散傅立叶改换(DFT)运算的DSP引擎。
DFT运算成果供给一个实部(R)和一个虚部(I)数据，然后能够方便地核算出阻抗。选用下面的公式很简单核算出阻抗的起伏和相位：
为了确认实践的实数阻抗值Z(ω)，一般需求进行频率扫描。能够核算出每个频率点的阻抗，然后能够得出一条频率与起伏的联系曲线。这样就很简单丈量出100 Ω～20 MΩ规模内的阻抗。该体系答应用户设置一个2 V峰峰值(PK-PK)的正弦信号作为外部负载的鼓励频率源。输出规模还能够设置为1V，500 mV和200 mV。频率分辨率能够到达27 bit(< 0.1 Hz)。
完结频率扫描：
为了完结频率扫描，用户有必要首要设置频率扫描所需求的条件：需求一个开端频率、频率距离和扫频点数。然后需求一个发动指令开端扫描。在每个扫描频点，ADC先完结1024个采样，然后进行DFT核算以便供给该波形的实部和虚部数据。此实部和虚部数据经过I2C接口以两个16 bit字方式供给给用户。片内DSP处理单元的长处是用户不用进行杂乱的数学核算，也无需存储ADC原始数据，只需供给两个16 bit的数据。因而，它还答应挑选更廉价的DSP处理计划，由于大大降低了对终究处理才能的要求。
