阻抗測量芯片AD5933及其應用
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2.2內部寄存器定義及設置
AD5933片上有9個寄存器。這些寄存器分別實現不同的參數設置功能，表2中給出了它們的名稱、地址和讀寫特性。
表2內部寄存器
起重大部分寄存器已經在上面提到過了。首先主要介紹一下控制寄存器。控制寄存器主要實現AD5933各參數的設置以及工作狀態的設定。表3給出了控制寄存器各個位的功能定義。控制寄存器由兩個8位的寄存器組成，地址分別為80h和81h，在使用時，用戶可以只改變其中一個寄存器的值，而另外一個寄存器的值不變。當給控制寄存器寫入復位命令時不會使得已經編程好的和頻率掃描有關的設置復位，和頻率掃描有關的值為起始頻率，頻率增量和頻率點數。在復位命令之后，必須寫入開始頻率命令到控制寄存器來重新開始頻率掃描過程。上電之后控制寄存器的缺省值為A000H。
表3AD5933內部寄存器位定義
除了控制寄存器外，需要注意的還有狀態寄存器，狀態寄存器的地址是8Fh。狀態寄存器來標志測量的結束。D7到D0各位分別表示AD5933的不同功能狀態，其中D4至D7沒有實際意義，不表示任何測量狀態。(D0表示溫度測量 完成時，這位被置1)。D1表示一個頻率點的阻抗測量，當完成當前頻率點的阻抗測量時，這位被置1，同時表明實部和虛部數據寄存器中已經存入測量結果。在接到開始，跳到下個頻率點，重復當前頻率或復位等命令時該位被自動復位，在上電時這位也被復位。D2表示頻率掃描完成，當所有的頻率點都測量結束時該位被置1，當接受到復位命令或上電時這位被復位。
2.3AD5933與控制系統的數據傳輸
AD5933與控制系統的通訊是用 實現的，作為 設備使用，遵守 通訊的時序。它有一個七位的設備地址0001101。當控制系統寫入到AD5933時沒有什么特別說明的，當從AD5933讀數據時，首先要寫入B0h到AD5933，然后寫入要讀出數據的寄存器地址，讀出寄存器的值。
2.4溫度測量實現
AD5933片上的溫度傳感器是一個13位的數字溫度傳感器，第14位是一個標志位。溫度傳感器可以精確測量周圍器件的溫度。溫度傳感器的測量范圍是-40℃到+125℃,當溫度達到+150℃時，當工作在電壓和溫度的最大規格時，結構完整性將受到破壞。測量溫度的精度為±2℃。
溫度測量過程的轉換時鐘由內部產生，只有從串口讀取或寫入數據才需要外部時鐘。一般模式下，內部時鐘自動完成轉換過程。默認情況下溫度傳感器處于掉電狀態，要啟動溫度測量需要在控制寄存器中寫入溫度測量控制字，在測量完成后溫度傳感器自動關閉，直到下次接受到命令再啟動。用戶可以通過讀取狀態寄存器的值來檢查溫度測量是否結束，溫度測量的結果保存在92h和93h中。其中有14位是有用數據，最高兩位沒有意義。DB13是一個標志位。表4中給出了部分測量數據與實際溫度的對應關系。對于具體的溫度測量數據可以通過公式得到，如果測量溫度為正，則等于所得數據的十進制表示值除以32。如果測量溫度值為負，且把DB13的值也計算在內，則等于測得數據的十進制值減去16384后再除以32，若不把DB13的值計算在內，則等于測量數據的十進制值減去8192后再除以32。
3阻抗測量過程實現
3.1AD5933測量阻抗模值計算
上面已經提到在頻率掃描過程中，各個頻率點上都可以得到實部值R和虛部值I兩個值，通過它們可以計算傅立葉變換之后的模值，模值＝
。計算之前先把實部和虛部值用十進制表示。但這只是傅立葉變換后的結果，要想得到阻抗的實際值必須乘以一個校準系數，這里稱這個系數為增益系數。
下面給出一個計算增益系數的例子。當輸出電壓范圍為2V，標定電阻為200kΩ，可編程放大器設置為1，電流電壓轉換放大器增益電阻為200 kΩ，激勵頻率為30kHz，在這個頻率點上得到的實部和虛部值分別為F064、227E，轉換為十進制分別為-3996、8830，則傅立葉變換后的模值＝
，則增益系數為標定電阻的倒數除以計算得到的模值，即(1/200kΩ)/9692.106＝515.819E-12。
下面再給出一個已知增益系數、被測電阻的實部和虛部值計算被測電阻阻值的例子。假設被測電阻為510kΩ，激勵頻率為30kHz，測量得到的實部和虛部值分別為－1473和3507，則計算得到的模值為3802.863。電阻值＝1/(增益系數×模值)=1/(515.819E-12×3802.863) =509.791kΩ。
對于不同的測量頻率點增益系數是不同的，所以在不同的頻率點上要分別計算增益系數。
在測量過程中可以通過限制電阻的測量范圍來優化測量性能。表4給出6個不同的阻抗范圍作為參考，它們所選擇的輸出電壓范圍均為2V，可編程增益放大器設置為1。
表4測量阻抗范圍設定
3.2相角計算及校準
在阻抗測量過程中不僅僅要關注電阻的模值，還要知道相角的大小，相角值＝ 。和模值一樣相角也要進行校準。首先對標定電阻進行測量，得到標定電阻的相角，測量電阻的實際相角等于測量計算得到的值減去標定電阻的相角值。值得注意的是測量時通過 得到的相角是在-90º到+90º之間的，所以要根據R和I所決定的象限來把相角變換到所在象限內。如果R<0，I>0則說明在第二象限，所以計算時要把相角加上180º；如果R<0，I<0則是在第三象限，計算時要把相角減去180 º。
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