耗电流低于200μA的低功耗4mA至20mA过程控制电流环路解决方案

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1、耗电流低于200pA的低功耗4mA至20mA过程控制电流环路解决方案关键字：阻抗转换器，模数转换，频率发生器,AD5933AD5933和AD5934是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案，集片内可编程频率发生器与12位、1MSPS(AD5933)或250kSPS(AD5934)的模数转换器(ADC)于一身。可调频率发生器产生已知频率来激励外部复阻抗。图1所示电路在低欧姆范围直至数百kQ范围内产生精确的阻抗测量，同时还优化了AD5933/AD5934的整体精度。AD5933和AD5934提供四个可编程输出电压范围，各

2、具有一个相关的输出阻抗。例如，1.98Vp-p输出电压的输出阻抗一般为200Q(见表1)olobkLOutputSerieswLxdUtiociforVD!)»3.3VSupplyVoltage,RangeOutputExcitationAmplitudeOutputR«sisUnc«9Rout(Unge11.96Vp-p200QtypRan9e20.97V

3、>p24kAtypFUngeJ0383Vp-pLOkOtypRan9e40.198Vp-p600Qtyp此输出阻抗会影响测量精度，在低kQ范围内尤为突出，故

4、在增益系数计算时应将英考虑在内。有关增益系数计算的详情，请参见AD5933或AD5934数据手册。在信号链内的简易缓冲器可防止输出阻抗影响未知的阻抗测量。在挑选低输出阻抗放大器吋，应保证足够的带宽来适应AD5933/AD5934的激励频率。针对AD8605/AD8606/AD8608系列CMOS运算放大器，低输出阻抗的一个实现示例如图2所示。在AV二1时，此放大器的输出阻抗小于10（最高100kHz）,这是AD5933/AD5934的最高工作范围。1001k10k100k1MFREQUENCY(Hz)10M000

5、000000098765432(c)ul0N<0Llldw-indino100M图2AD8605/AD8606/AD8608的输出阻抗放大发射级和接收级的直流偏置匹配AD5933/AD5934四个可编程输出电压范围具有四个相关偏置电压，例如1.98Vp・p激励电压的偏压为1.48V。但是，如图1所示，AD5933/AD5934的电流・屯压（l・V）接收级设为固定偏压VDD/2。因此，对于3.3V电源，发射偏压为1.48V,而接收偏压为3.3V/2=1.65Vo此电位差会引起测试中阻抗极化，并可导致阻抗测量不准确。

6、一种解决方案是添加一个在低Hz范围内具有转折频率的简单高通滤波器。消除发射级的直流偏置，并将交流信号重新偏置至VDD/2,在整个信号链中保持直流电平恒定。选择针对接收级优化的I-V缓冲器AD5933/AD5934的电流■屯压（l・V）放人级还可能轻微增加信号链的不准确性。l・V转换级易受放大器的偏置电流、失调电压和CMRR影响。通过选择适当的外部分立放大器来执行I-V传换,用户可挑选一个具冇低偏置电流和失调电压规格、出色CMRR的放大器，提高l・V转换的精度。该内部放大器随后可配置成一个简单的反相增益级。高精度阻

7、抗测量的优化信号链图1所示为测量低阻抗传感器的建议配置。交流信号先经过高通滤波并重新偏床,之后利用一个超低输出阻抗放人器进行缓冲。在外部完成l・v转换后信号返回至AD5933/AD5934接收级。决定所需缓冲器的关键规格有超低输出阻抗、单电源供电能力、低偏置电流、低失调电压及出色的CMMR性能。一些推荐器件包括ADA4528-1,AD8628/AD8629.AD8605和AD8606。根据电路板布局可使用单通道或双通道放大器，偏置电阻(50kQ)和增益电阻(20kQ和RFB)两者均使用精度0.1%的电阻以降低不准

8、确性。图1所示的原理图可用来改善阻抗测量精度，并采取一些示例性措施。AD8606双通道放大器在发射路径上缓冲信号，并将接收信号从电流转换成电压。对于所示的三个示例，每次递增频率来计算增益系数，以消除频率相关误差。有关此解决方案的完整设计包，包括原理图、材料清单、布局和Gerber文件，图3、图4及图5所示为低阻抗测量的结果。图5表示10.3Q测量并在扩展纵坐标上显示。35

9、30Q302510.3Q1jjF5COO也6600■一T*+*4—一29.9530.0030.0530.1030.1530.2030.25FR

10、EQUENCY(kHz)图3低阻抗幅度测量结果10.3Q,30Q020善)UJSVHd-1001卜巾1—29.9530.0030.0530J030.15FREQUENCY(kHz)图4低阻抗相位测量结果10.223010-0429.5010.0810.068O20・O64201111・■■・oooO1111a)UJCJnbNovs30-0030.0530J030.45FR