單芯片數(shù)字波形發(fā)生器的頻率調(diào)節(jié)，就得這么干！

圖1示出一種具有感性阻抗或容性阻抗特性的傳感器模型。

通過(guò)傳感器的激勵(lì)頻率根據(jù)其電感（L）或電容（C）的瞬態(tài)值變化將表現(xiàn)出一種幅度、頻率或相移變化。例如，超聲波液體流量計(jì)通常表現(xiàn)為相移變化，而接近傳感器則是幅度變化。

計(jì)算電路的共振頻率需要一個(gè)交流（AC）激勵(lì)信號(hào)源，它在一段頻率范圍內(nèi)掃描以繪出如圖2所示的頻率與阻抗關(guān)系曲線。AD9833單芯片數(shù)字波形發(fā)生器可提供一種產(chǎn)生這種掃描輸出的簡(jiǎn)單、低成本方法。我們通過(guò)寫入代表所需頻率的數(shù)字碼字來(lái)改變輸出頻率。AD9833具有兩個(gè)頻率寄存器，從而允許用戶在對(duì)一個(gè)頻率寄存器編程的同時(shí)輸出第二個(gè)頻率寄存器。

AD9833具有許多優(yōu)點(diǎn)：輸出頻率的分辨率是28 bit，所以用戶能夠以小于0.1 Hz的步幅增加輸出頻率。其輸出頻率范圍是0～12.5 MHz，從而提供很寬的傳感器選擇靈活性。例如，有些傳感器具有很低的頻率范圍，但在該頻率范圍內(nèi)需要很高的分辨率；而另外一些傳感器則需要以較低的分辨率調(diào)節(jié)很寬的頻率范圍。

使用頻率掃描方法，可以很容易地計(jì)算出傳感器的共振頻率，并且可以利用該數(shù)據(jù)提供許多應(yīng)用的傳感器檢測(cè)信息。

圖3 系統(tǒng)框圖

圖3所示的分立解決方案雖然有助于各種通用傳感器的阻抗測(cè)量，但使用的寬帶元件使該其成本昂貴。單個(gè)分立元件會(huì)增加其自身的誤差源，并且有源元件會(huì)增加相位誤差，所以必須經(jīng)過(guò)校正將這些誤差消除掉。一定需要DSP處理復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，并且還可能需要外部存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)ADC的原始數(shù)據(jù)，這樣會(huì)進(jìn)一步增加成本。

如果僅需低頻傳感器分析，我們可提供一種低成本的解決方案。AD5933/34 12 bit IDC和網(wǎng)絡(luò)分析器將上述主要處理框圖集成到一顆單芯片集成電路（IC）。圖4示出其功能框圖。

用戶可以設(shè)置2 V、1 V、500 mV或200 mV的峰峰值正弦信號(hào)作為外部負(fù)載的激勵(lì)源，并且可達(dá)到27 bit（小于0.1 Hz）的頻率分辨率。

為了完成頻率掃描，用戶首先必須設(shè)置掃描所需的工作條件：起始頻率、頻率步幅以及步數(shù)，然后需要一個(gè)啟動(dòng)命令開始掃描。在每一點(diǎn)掃描頻率處ADC都完成1024點(diǎn)采樣并且計(jì)算DFT以為波形提供實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)。將該實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)通過(guò)I2C接口以兩個(gè)16 bit字的形式提供給用戶。如果其內(nèi)置DSP有處理引擎，則意味著用戶不必處理復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算。它也無(wú)需存儲(chǔ)ADC原始數(shù)據(jù)，僅需返回兩個(gè)16 bit的字。還可以采用降低功能和降低成本的DSP解決方案，因?yàn)橐呀?jīng)顯著地降低了對(duì)處理能力的要求。階躍響應(yīng)的增益可設(shè)置為1或5倍。其ADC是一款3 V電源供電的低噪聲、250 ksps或1 Msps采樣率的高速ADC。系統(tǒng)時(shí)鐘通過(guò)MCLK端的參考時(shí)鐘從外部提供，MCLK可從外部晶體振蕩器或通過(guò)內(nèi)部PLL單元提供。