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  • 本文讨论了基于AD5934构建阻抗变换模块。并对于它测试相应的阻抗进行实验。   01电路设计 1.原理图设计1 ▲ 实验电路板 原理图 2.PCB版图 ▲ 实验电路板PCB 3.C51程序 时钟频率35MHz, UART:460800 C51...

     

    ■ 前言


    本文讨论了基于AD5934构建阻抗变换模块。并对于它测试相应的阻抗进行实验。

     

    01电路设计


    1.原理图设计1

    ▲ 实验电路板 原理图

    ▲ 实验电路板 原理图

    2.PCB版图

    ▲ 实验电路板PCB

    ▲ 实验电路板PCB

    电路板输出接口从右到左,前四个的功能定义如下表。后面四个是用于调试使用。

    管脚(从右到左) 符号 功能
    1 MCLK 转换时钟。从DS345给出
    2 VOUT 激励信号。从板上AD8606运放输出
    3 GNDA 模拟地
    4 VIN 信号输入。进入板上AD8606跟随

    3.C51程序

    • 时钟频率35MHz, UART:460800

    C51程序以及Python程序详见后面的附录。

    ▲ 基于面包板进行测试和实验

    ▲ 基于面包板进行测试和实验

     

    02测试结果


    1. AD5934与AD5933区别

    • 1. AD5934只能使用外部时钟信号
      如果没有外部时钟信号,AD534将不会工作。Init(10,1)与init(10,0)作用是相同的;

    • 2.时钟设置是,需要使用DIV=16
      在吊桶setsweep()时,需要提供div=16(缺省为4)。这使得AD5934的AD采样速率也比起AD5933减少了4倍;

    • 3.激励信号扫描范围比起AD5933降低4倍
      使用AD5933分析复阻抗的时钟频率设置 给出了扫描时钟工作的范围。相遇AD5934需要将所有的时钟频率降低4倍。比如给定了foscf_{osc},那么激励信号的范围:


    其中foscf_{osc}的单位是MHz。

    DS345时钟幅度设置:Amplitude:2Vpp; Offset:1V。

    ▲ MCLK时钟的波形:Amplitude=2Vpp, Offset=1V

    ▲ MCLK时钟的波形:Amplitude=2Vpp, Offset=1V

    在博文 AD5933阻抗模块测量值校正 给出了校正与计算相关的公式。

    2.一些典型的测量数据

    • 校正电阻采集数据和测量数据

    工作条件:fosc=1MHzf_{osc} = 1MHz;扫频范围:(100,5100);扫描模式:SWEEP_MODE:1
    输出信号的幅值:Vpp=2V

    ▲ 输出信号的波形和幅值

    ▲ 输出信号的波形和幅值

    下面是采集到的在10kΩ分压下的采集信号。▲ 使用两个10kΩ电阻进行的校正数据。

    ▲ 使用两个10kΩ电阻进行的校正数据。

    ▲ 对校正电阻自身测量的结果

    ▲ 对校正电阻自身测量的结果

    ▲ 测量带有谐振腔的压电陶瓷蜂鸣器

    ▲ 测量带有谐振腔的压电陶瓷蜂鸣器

    ▲ 测量电容222对应的结果

    ▲ 测量电容222对应的结果

    ▲ 测量电感的感抗0.1H

    ▲ 测量电感的感抗0.1H

    3.测量一些低阻器件

    ▲ 使用51欧姆的分压采集到的校正数据

    ▲ 使用51欧姆的分压采集到的校正数据

    ▲ 对于51欧姆校正电阻的测量数据

    ▲ 对于51欧姆校正电阻的测量数据

    ▲ 测量3Ω扬声器的数据

    ▲ 测量3Ω扬声器的数据

    ▲ 测量低音扬声器的阻抗

    ▲ 测量低音扬声器的阻抗

    ▲ 测试51欧姆电阻

    ▲ 测试51欧姆电阻

    4.测量一些高阻谐振器件

    ▲ 使用100kΩ采集到的校正数据

    ▲ 使用100kΩ采集到的校正数据

    ▲ 对于20kHz工字电感谐振电磁传感器的测量

    ▲ 对于20kHz工字电感谐振电磁传感器的测量

     

    ※ 结论


    通过上面的实验,可以看到模块设计达到了对应的功能。

    #!/usr/local/bin/python
    # -*- coding: gbk -*-
    #============================================================
    # TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-06-25
    #
    # Note:
    #============================================================
    
    from headm import *
    import ad5933
    from tsmodule.tsstm32       import *
    from tsmodule.tsvisa        import *
    from tsmodule.tsdraw        import *
    
    #------------------------------------------------------------
    printf('Begin testing:\a')
    
    #------------------------------------------------------------
    calflag = 0
    if len(sys.argv) > 1:
        calflag = int(sys.argv[1])
    
    calname = 'testcal'
    SWEEP_MODE = 1
    
    Resistor=100e3
    fosc = 10
    
    startf = 15e3
    stepf = 20
    numf = 500
    
    #------------------------------------------------------------
    if calflag == 0:
        f1, R1, I1, A1 = tspload(calname, 'f', 'R', 'I', 'A')
        R1 = list(R1)
        I1 = list(I1)
    
        if len(f1) != numf+1:
            printf("NUMF is not equal to calibrate length:(%d,%d)"%(len(f1), numf))
            exit()
    
    #------------------------------------------------------------
    ad5933.init(20, 1)
    
    #------------------------------------------------------------
    
    while True:
        f = ad5933.setsweep(startf, stepf, numf, oscf=fosc, div=16)
        time.sleep(1.5)
    
        ad5933.sweep(SWEEP_MODE)
    
        while True:
            time.sleep(.5)
            val = stm32val()
            if val[12] > 0: break
    
        printf('\a')
    
        R,I = stm32memo(2)
    
        if len(R) == len(f): break
        else:
            printf('ERROR: %d != %d.\a'%(len(R), len(f)))
            if len(R) < len(f) / 2: continue;
    
            if calflag == 0:
                f = linspace(f[0], f[-1], len(f1))
                R = linspace(R[0], R[-1], len(f1))
                I = linspace(I[0], I[-1], len(f1))
    
                break
    
    #------------------------------------------------------------
    A = [sqrt(r**2+i**2) for r,i in zip(R,I)]
    if calflag == 1:
        tspsave(calname, f=f, R=R, I=I, A=A)
    
    #------------------------------------------------------------
    if calflag != 0:
        plt.plot(f, R, label="Real")
        plt.plot(f, I, label="Imaginary")
        plt.plot(f, A, label='Amplitude')
        plt.xlabel("Frequency(Hz)")
        plt.ylabel("Value")
        plt.grid(True)
        plt.legend(loc="upper right")
        plt.show()
        exit()
    
    #------------------------------------------------------------
    Xabs = []
    Xphase = []
    for Rc,Ic,Rm,Im in zip(R1,I1,R,I):
        a = Resistor * Rm
        b = Resistor * Im
        c = 2*Rc - Rm
        d = 2*Ic - Im
        ccdd = c*c+d*d
        x = a*c/ccdd + b*d/ccdd
        y = -a*d/ccdd + b*c/ccdd
    
        Xabs.append(sqrt(x*x+y*y))
        Xphase.append(arctan2(y, x)*180/pi)
    
    tspsave('Impedance',f=f, xabs=Xabs, xphase=Xphase)
    
    #------------------------------------------------------------
    plt.subplot(311)
    plt.plot(f, R, label="Real")
    plt.plot(f, I, label="Imaginary")
    plt.plot(f, A, label='Amplitude')
    plt.xlabel("Frequency(Hz)")
    plt.ylabel("Value")
    plt.grid(True)
    plt.legend(loc="upper right")
    
    plt.subplot(312)
    plt.plot(f, Xabs)
    plt.xlabel("Frequency(Hz)")
    plt.ylabel("Amplitude(ohm)")
    plt.grid(True)
    
    plt.subplot(313)
    plt.plot(f, Xphase)
    plt.xlabel("Frequency(Hz)")
    plt.ylabel("Phase")
    plt.grid(True)
    
    #------------------------------------------------------------
    plt.show()
    
    #------------------------------------------------------------
    #        END OF FILE : TEST1.PY
    #============================================================
    
    
    #!/usr/local/bin/python
    # -*- coding: gbk -*-
    #============================================================
    # AD5933.PY                    -- by Dr. ZhuoQing 2020-06-25
    #
    # Note:
    #============================================================
    
    from head import *
    from tsmodule.tsstm32       import *
    
    #------------------------------------------------------------
    
    def init(settletime=100, extclock=0):
        if extclock > 0:
            stm32cmd('writeb 81 8')
        else:
            stm32cmd('writeb 81 0')
    
        time.sleep(0.02)
        stm32cmd('writeb 80 b1')    # Enter standby mode
        stm32cmd('writei 8a %x'%settletime)
        time.sleep(0.02)
    
    def temperature():
        data = stm32cmdata('readt', wait=200)
        if len(data) > 0:
            return data[0] / 32
        else: return 0
    
    def setsweep(startf, incf, num=100, oscf=16.557, div=4):
        startn = int(startf * (2**27) * div / (oscf*1e6))
        incn   = int(incf * (2**27) * div / (oscf*1e6))
    
        stm32cmd('writel 82 %x'%startn)
        time.sleep(.02)
        stm32cmd('writel 85 %x'%incn)
        time.sleep(.02)
        stm32cmd('writei 88 %x'%num)
        time.sleep(.02)
    
        stm32cmd('writeb 80 b1')        # Standby
    
        time.sleep(.02)
        stm32cmd('writeb 80 11')
        time.sleep(.02)
    
        fdim = []
        for n in linspace(startn, startn + incn * num, num+1, endpoint=True):
            fdim.append(n * oscf * 1e6/div/(2**27))
    
        return fdim
    
    def startf(resultflag = 0):
        if resultflag > 0:
            stm32cmd('writeb 80 21 1')
        else:
            stm32cmd('writeb 80 21')
    
    def incf(resultflag = 0):
        if resultflag > 0:
            stm32cmd('writeb 80 31 1')
        else:
            stm32cmd('writeb 80 31')
    
    def repeatf(resultflag = 0):
        if resultflag > 0:
            stm32cmd('writeb 80 41 1')
        else:
            stm32cmd('writeb 80 41')
    
    def readdata():
        return stm32cmdata('readd', wait=100)
    
    def sweep(code=0x1):
        stm32cmd('CLEAR')
        time.sleep(.02)
    
        stm32cmd('sweep %x'%code)
    
    #------------------------------------------------------------
    
    if __name__ == '__main__':
    
        tdim = []
    
        for i in range(10):
            data = temperature()
            tdim.append(data)
            time.sleep(.1)
    
        printf(tdim)
    
    #------------------------------------------------------------
    #        END OF FILE : AD5933.PY
    #============================================================
    
    

    1. AD工程文件:AD\Test\2020\AD5933\AD59348G1k.PcbDoc * ↩︎

    展开全文
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  • MIC电路原理

    2020-09-04 12:29:53
    FET:(场效应管)MIC的主要器件,起到阻抗变换和放大的作用。 C:是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容,声电转换的主要部件。 C1,C2:是为了防止射频干扰而设置的,可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用...

    一、MIC的电路原理

    MIC的电路原理              

     

     

    FET(场效应管)MIC的主要器件,起到阻抗变换和放大的作用。

    C:是一个可以通过膜片震动而改变电容量的电容,声电转换的主要部件。

    C1,C2:是为了防止射频干扰而设置的,可以分别对两个射频频段的干扰起到抑制作用。C1一般是10PFC2一般是33PF10PF滤波1800Mhz33PF滤波GSM900Mhz

    RL:负载电阻,它的大小决定灵敏度的高低。

    VS:工作电压,MIC提供工作电压。

    CO:隔直电容,信号输出端。

    二、由声信号到电信号的转换:

    由静电学可知,对于平行板电容器,有如下的关系式:

    C=ε·S/L  ①

    即电容的容量与介质的介电常数成正比,与两个极板的面积成正比,与两个极板之间的距离成反比。另外,当一个电容器充有Q量的电荷,那麽电容器两个极板要形成一定的电压,有如下关系式;

    C=Q/V     ②

    对于一个驻极体传声器,内部存在一个由振膜,垫片和极板组成的电容器,因为膜片上充有电荷,并且是一个塑料膜,因此当膜片受到声压强的作用,膜片要产生振动,从而改变了膜片与极板之间的距离,从而改变了电容器两个极板之间的距离,产生了一个Δd的变化,因此由公式①可知,必然要产生一个ΔC的变化,由公式②又知,由于ΔC的变化,充电电荷又是固定不变的,因此必然产生一个ΔV的变化。

    由于这个信号非常微弱,内阻非常高,不能直接使用,因此还要进行阻抗变换和放大。

    FET场效应管是一个电压控制元件,漏极的输出电流受源极与栅极电压的控制。由于电容器的两个极是接到FETS极和G极的,因此相当于FETS极与G极之间加了一个Δv的变化量,FET的漏极电流I就产生一个ΔID的变化量,因此这个电流的变化量就在电阻RL上产生一个ΔVD的变化量,这个电压的变化量就可以通过电容C0输出,这个电压的变化量是由声压引起的,因此整个传声器就完成了一个声电的转换过程。

    三、参数

    MIC在手机上的使用条件,其中包括工作电压,负载电阻。另外在以下情况下还要对MIC的工作电流进行限定,例如有的手机给MIC的供电电压为1.8V,而负载电阻为2.2K,因为Vd=Vsd+Id*R      

    Id = (Vs- Vsd)/ RL

    为了保证MIC中的FET工作在线性工作区,不进入饱和区,应使Vsd0.7V,因此Id(1.8V- 0.7V)/ 2.2K=0.5 mA,因此在这种情况下,选用的FET的电流不能大于500μA

    从下面这个MIC的参数就可以看的出来。

     

    灵敏度

    -43+/-2dB  RL=2.2KΩ  Vs=2.0VDC)(1KHz  0dB=1V/Pa

    输出电阻

    最大2.2KΩ  1KHzRL=2.2KΩ)

    频率

    50-12000Hz

    电流损耗

    最大0.5mA  RL=2.2KΩ  Vs=2.0VDC

    操作电压范围

    1.0V-10VDC

    最大输出声压

    115dB  S.P.L

    信噪比

    58dB  1KHz0dB=1V/Pa

    灵敏度变化

    2.0V-1.5V灵敏度减小3dB

    展开全文
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空空如也

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