单芯片AD5933/4提供完整的传感器激励和测量解决方案

　　引言

　　当今的许多工业和仪器仪表应用都涉及传感器测量。传感器的功能就是监视系统中的变化，然后将此数据反馈给主控制器。用于简单的电压或电流测量的传感器可能是电阻性的。但是，有些传感器系统可能是电感性或电容性的，就是说在传感器频率范围内阻抗变化是非线性的。

　　这类复阻抗传感器的典型例子就是接近传感器——用于检测一个运动物体的相对距离;另外，容性传感器或感性传感器——在医用设备中用于测量血流或者分析血压或血质。

　　为了用这些“复阻抗传感器”实现测量，必须提供一种交流(AC)激励频率源在传感器的频率范围内进行扫描。本文试图说明如何采用单芯片数字波形发生器轻松实现这种高达10 MHz的频率扫描。还介绍了一种带集成激励、响应和数字信号处理器(DSP)功能完整的单芯片传感器解决方案，它适合要求高达近50 kHz激励频率的应用。

　　传感器：工作原理

　　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。

　　通过传感器的激励频率信号会根据传感器的L或C瞬时值表现出相应的幅度、频率或者相位的改变。例如，超声波液流计会表现出相位偏移，而接近传感器会引起幅度改变。

　　图1. 具有复阻抗特性的传感器模型

　　跟踪这种变化阻抗的最常用方法就是监视电路的谐振频率。谐振频率就是电容值等于电感值所在的频率点。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所示的接近传感器情况。在正常情况下，例如在静态条件下，传感器的L，R和C都具有一个唯一值，在谐振频率Fo处具有最大阻抗值。当一个运动物体接近传感器时，那么传感器的L和C值就会改变，并且产生一个新的谐振频率。通过监测谐振频率的变化(从而导致阻抗的变化)，就有可能推测出运动物体相对传感器的移动距离。

　　图2 . 接近传感器的谐振频率随移动距离的变化

　　计算谐振频率

　　计算电路的谐振频率需要测量频率和阻抗的关系(如图2所示)，尤其是需要一个能够在一定频率范围内具有扫描能力的波形发生器。一种简单、低成本的实现方法就是采用AD5930波形发生器。AD5930具有在一组预设置的频率范围内提供线性扫描的能力。一旦条件设定，就无需进一步的控制，除了一个用于启动频率扫描的触发器。

　　AD5930具有许多优点：输出频率的分辨率为28 bit，所以用户能以小于0.1 Hz的控制精度输出频率。其输出频率范围为0～10 MHz，从而对选择传感器具有很大的灵活性。例如，有些传感器的频率范围很窄，但是要求在此频率范围内具有很高的分辨率。还有些传感器可能需要很宽的调频范围，但是分辨率要求较低。

　　采用这种方法很容易计算出传感器的谐振频率。