AD5933阻抗测量系统精度问题

qiwan

AD5933阻抗测量系统精度问题 [复制链接]

 

大家好！

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 9764 114.1 29000 9764 114.492 29062.5 9763 114.985 29125 9764 115.339 29187.5 9762 115.851 29250 9765 116.248 29312.5 9763 116.741 29375 9766 117.171 29437.5 9761 117.618 29500 9763 118.143 29562.5 9764 118.499 29625 9760 118.939 29687.5 9764 119.39 29750 9762 119.864 29812.5 9761 120.258 29875 9763 120.697 29937.5

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 5012 113.107 29000 5012 113.6399 29062.5 5013 113.9985 29125 5009 114.3805 29187.5 5011 114.8622 29250 5014 115.2723 29312.5 5012 115.7061 29375 5012 116.1868 29437.5 5012 116.5957 29500 5011 117.0866 29562.5 5013 117.4748 29625 5011 117.9151 29687.5 5011 118.355 29750 5012 118.7482 29812.5 5012 119.2345 29875 5010 119.6399 29937.5

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 9335 118.295 29000 9329 118.65 29062.5 9328 119.173 29125 9330 119.659 29187.5 9327 120.045 29250 9328 120.482 29312.5 9322 120.948 29375 9321 121.368 29437.5 9319 121.857 29500 9319 122.351 29562.5 9315 122.719 29625 9314 123.226 29687.5 9316 123.632 29750 9314 124.069 29812.5 9314 124.489 29875 9309 125.01 29937.5

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 8014 109.5078 29000 8011 109.9226 29062.5 8011 110.3674 29125 8012 110.8442 29187.5 8014 111.239 29250 8012 111.6717 29312.5 8013 112.1448 29375 8011 112.5307 29437.5 8012 112.9791 29500 8009 113.36 29562.5 8009 113.8628 29625 8008 114.2939 29687.5 7999 114.7424 29750 8001 115.2486 29812.5 7999 115.6085 29875 7997 116.0274 29937.5

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，有机会能够和论坛里的坛友们交流一下，谢谢！

weizhongc

http://bbs.dzsc.com/space/viewspacepost.aspx?postid=99944
看下这个，会不会跟你选的标准电阻，测量范围有关系。

qiwan

把测量范围分成多个量程，于是用模拟开关来实现反馈电阻的切换，发现模拟开关对幅度的大小有影响，虽然模拟开关的导通电阻超小，仅仅为1欧姆一下。还得想办法消除模拟开关对阻抗精度带来的影响，或者通过软件修正的办法。

snoweaglemcu

老兄你是怎么校准的，阻抗测试这种东西要进行R、X校准的，也就是复数校准的方法

qiwan

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eeworldupk

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