За исходный вариант взял AN-847 (Measuring a Grounded Impedance Profile Using the AD5933 by Sean Brennan). По его повествованию сваял схему. Вместо инструментального ОУ применил 4 ОУ в одном корпусе общего применения (работают они не хуже). На странице 6 указанного документа приведен рисунок Figure 5, на котором приведено условие "REQUIRED OUTPUT SIGNAL" равное 1Vp-p. Собственно условие это у меня выполняется. НО! Тыкаю я осциллом в точку соединения двух 100кОмных сопротивлений и вижу фигу, т.е. отсутствие какого-либо синуса в этой точке (эти два сопротивления можно наблюдать на рисунках Figure 2 и Figure 3). Думается мне, что в этой точке должно быть ну хоть что-то, не так ли? У кого есть опыт пользования AD5933 прошу помощи/подсказок!
Ссылка на упомянутый документ: http://www.analog.com/static/imported-file...otes/AN-847.pdf

Не должно быть там ничего заметного осциллографом, ведь эта точка эквипотенциальна Vdd/2.

Да, действительно. Все меряет, все работает как надо. Раз уж создал тему про AD5933, то спрошу еще кое чего.. Задача моя измерить комплексное сопротивление, вычесть из него активное сопротивление (резистивное) и получить в итоге реактивную (мнимую) составляющую этого самого сопротивления. К сожалению я слишком поздно понял, что данная ИМС не совсем то, что мне надо, она решает только часть задачи. Сразу не предусмотрел доп.схему измерения сопротивления по постоянке и теперь вот озадачился.. А пробовал ли кто-нибудь работать с этой ИМС на минимально возможных частотах (10 Гц, к примеру, или вообще 1 Гц, чем ближе к постоянке, тем лучше). В ДШ вроде как указана минимальная частота на выходе 1кГц, но есть размытая пометка с указанием на подбор источника тактирования, да и при 16МГц у меня получается вывести синус в 10Гц. Другое дело, что встроенный АЦП вроде бы 1024 выборки делает за раз, стало быть для нормальной работы на 10Гц тактирование должно происходить от 10кГц?

выспался, вопрос снимается)

До применения не дошло, ограничились покупкой демоборды. Да и она в конце концов сгорела.
Больно уж специфическая штуковина.
Спецзаточенная под конкретный проект (что-то там с кровью)
Без автокалибратора и переключателя диапазонов (примерно 1:10) точность при удалении от точки калибровки катастрофически падает.

Мое устройство к крови не имеет никакого отношения. И точность вполне устраивает (по крайней мере с внешней обвязкой - умощнен выходной каскад, применена схема смещения выходного сигнала для загона в нужный диапазон и пр.). AD5933 - штука реально хорошая, боялся разочарования, но его не случилось. Реактивную составляющую меряю с помощью вычисления угла фазового сдвига. Я не эксперт в области измерения СЧ переменных сигналов, поэтому такое интегральное решение, где все на блюдечке с голубой каемочкой - для меня. Сегодня получил первые результаты, похожие на правду. Подскажите, может ли быть фазовый сдвиг в 120 градусов относительно начального сдвига (начальный сдвиг меряю без реактивной составляющей в нагрузке в 200 кОм, сдвиг в 120 градусов получается при подключении максимальной возможной емкости 0,01мкф параллельно нагрузке в 20кОм).

Обманул с вопросом, не так все.

Фазовый сдвиг, принимаемый за точку отсчета получается при нагрузке в цепи: [выход] -> [последовательное измерительное сопротивление 750 Ом] -> [последовательная емкость 1000 пФ] -> [сопротивление 200 кОм в параллель с емкостью 5 пФ] -> [земля].

Измеряемый фазовый сдвиг получается при нагрузке в цепи: [выход] -> [последовательное измерительное сопротивление 750 Ом] -> [последовательная емкость 1000 пФ] -> [сопротивление 20 кОм в параллель с емкостью 0.01 мкФ] -> [земля].

Вот разница между этими двумя сдвигами получается 120 градусов. Может такое быть? Или я напутал с коэффициентом для вычисления угла.

Смотря относительно чего мерить.
120 вполне может оказаться 180-60
Насколько я понимаю, сначала нужно откалиброваться на резисторе, а уж потом относительно него считать сдвиг.
По крайней мере родная утиль так работала.

Калиброваться нужно на резисторе когда нужно получить свой собственный натурный сдвиг AD5933. Я калибруюсь на нагрузке, соответствующей минимальному пределу нужного мне диапазона.

А какой максимальный размах напряжения, который способен преобразовать встроенный АЦП? Где-то была информация о 2Vp-p, но в ДШ о встроенном ИОН никакой информации не вижу..

Прошу помощи, а то закипаю

Из описания демо-платы EVAL-AD5933EB надыбал странную вещь. После чтения значений Real и Imaginary Data из соответствующих регистров проводится проверка на знак (положительно/отрицательно). Вот таким образом:



Я может конечно совсем загнался, но получал модуль в случае отрицательного числа с помощью двух действий: если число отрицательное, то я сначала отнимаю единицу, а затем делаю инверсию обоих байт. В данном коде от AD получается, что их отрицательные числа приведены в простом формате без всяких дополнений, т.е. старший бит - это знак, а остальное - это реальное значение. Тогда нафига загадочное вычитание 65536, которое в двух байтном значении в итоге все равно оставит ровно то же самое значение???..

Может, это связано со шкалой АЦП в биполярном режиме.
Когда 7FFF это ноль, FFFF это верхний предел, а 0 -нижний
Хотя, все равно не сходится

Довел уже до блеска алгоритм вычисления арктангенса для вычисления угла фазового сдвига. В нем ошибок точно нет, ошибка не более 0,2 градуса. Результаты какие-то странные в итоге. Делюсь. Значит у меня в качестве нагрузки используется RC-контур через последовательное измерительное сопротивление от выхода генератора синуса. Измерительное сопротивление 10 кОм (которое последовательное), сопротивление R контура 50 кОм, параллельную емкость C контура меняю в пределах 10пФ...10000пФ. По расчету вращение фазы должно быть почти в полном диапазоне 0...pi/2. Работать решил на 30 кГц, потому как на 50ти уже наблюдается явная нехватка скорости АЦП (амплитуда точно достаточная), что влияет на устойчивость результатов в области малых емкостей контура. При полностью исключенной емкости C начальную фазу выдает 34.6 градуса. Подключаю разные емкости: 100пФ = 0.7 град, 3300пФ = 20.1 град, 4700пФ = 23.0 град, 10000пФ = 26.6 град. Развертку сделал в 360 градусов с учетом указаний в ДШ. Получается, что у меня относительно начального сдвига фазовый сдвиг уменьшается при увеличении емкости Вот хочу спросить, может, кто разъяснит, в ДШ есть табличка Table 7. Phase Angle, в ней расписано что к чему прибавлять и что от чего отнимать в зависимости от квадрата в котором произошло измерение (исходя из знаков вещественной и мнимой составляющих). Я делал так: если квадрат №1, то ничего не делаю с результатом. Если квадрат №2, то я из 180 градусов вычитаю получившийся по модулю угол. Если квадрат №3, то я к получившемуся углу прибавляю 180 градусов. Если квадрат № 4, то я из 360 градусов вычитаю свой угол. Я правильно делаю? И вообще, а для какого диапазона получаемые из регистров составляющие высчитываются внутри AD5933? Может вовсе не для 0...pi/2? Тогда я точно запутался.

Кстати по поводу непонятного знакового представления мнимой и вещественной составляющих - если просто обнулять старший бит, то итоговый угол почти не меняется. Сделал как изначально делал, т.е. чтобы получить модуль этих чисел нужно вычесть 1 и инвертировать (ну или из 0 вычесть).

Нашел ошибку в вычислении квадрата, нелепость какая-то... потерял пол дня на нахождение.. невысыпание - страшная вещь.. надо отдыхать, чего и всем советую. Наконец-то получил валидные результаты от этой звершуки AD5933.

Мудреная эта хреновина (AD5933). То ли я туповат. Тригонометрию - арктангенс, синус и косинус - сделал, проверял имитируя входные данные, получал на выходе именно то, что должно быть. Калибровку на резисторе делаю - одновременно при калибровке получаю gainfactor и собственный фазовый сдвиг. В данном примере меряю резистивную (активную) составляющую, т.е. множу модуль импеданса на косинус сдвига фазы относительно собственного сдвига. После калибровки выдает именно сопротивление в омах (в данном случае калибрую на 51кОм резисторе, выдает в цифре 50500 Ом). Отключаю калибровочное сопротивление и подключаю от фонаря резистор 10 кОм (полосатый, не точный, закрываю глаза на выходную погрешность - выдает 11000 Ом). Затем не отключая резистор на 10 кОм беру и в параллель добавляю керамический конденсатор емкостью 1000 пФ и тут происходит самое интересное - резистивное сопротивление выдает 3700 Ом, т.е. как будто конденсатор имеет активное сопротивление (резистивное) около 5.9 кОм. Это как? Я рассчитывал на то, что цифра останется примерно такой же (около 10000 Ом). Такая же беда с реактивным сопротивлением при умножении на синус, т.е. беру я конденсатор один и тот же, подключаю по очереди в параллель разные сопротивления в надежде увидеть независимость итогового значения от активной составляющей, но итоговый результат значительно изменяется. В чем может быть проблема? Я уже честно говоря близок к тому, чтобы плюнуть на эту затею, но бросать обидно, много времени и бессонных ночей на это ушло.

Господа, прошу стучаться в личку, готов отблагодарить за помощь в разборе полетов с этой AD5933, а то я так до пенсии разгребать буду (благодарность - через любые мгновенные расчетные системы или банк). Буду рад спецу, который реально работал с этой имс и полностью в ней разобрался, также обладающему знаниями ассемблера под avr (чтобы код понимать), также схемотехнику с богатым опытом построения аналоговых схем переменного тока (чтобы мог указать на ошибку в аналоговом тракте (если таковая есть), который я добавил). Вопрос срочный.

В принципе Вы далеко продвинулись. Чтобы сказать что то конкретное, нужно глянуть Вашу схему и алгоритм ПО (не на ассемблере, а в виде блок схемы). Могу сказать общие рекомендации:
1. На входе в микросхему сигнал не должен выходить за пределы ее рабочего диапазона 0...1В при любой нагрузке.
2. Сигнал который входит в микросхему должен иметь точно такое же смещение относительно нуля как и выходной.
3. Нужно без отступлений реализовать формулы из дата шита из разделов GAIN FACTOR CALCULATION, IMPEDANCE CALCULATION USING GAIN FACTOR, MEASURING THE PHASE ACROSS AN IMPEDANCE.
4. Проще сначала все отладить на одной частоте. Снятие характеристик от частоты - более сложный этап.
5. Вот кусок кода на Delphi, надеюсь он вам поможет:
procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);//Калибровка, должен быть подключен резистор 499 ом.
begin
RealDR_cal := RealDR;
ImaginaryDR_cal := ImaginaryDR;
R_cal := 499;
end;
.........
.........
MagnitudeGF := sqrt((RealDR_cal * RealDR_cal) + (ImaginaryDR_cal * ImaginaryDR_cal));
Vsystem := ArcTan2(ImaginaryDR_cal, RealDR_cal);
if (MagnitudeGF <> 0) then GainFactor := (R_cal / MagnitudeGF);

if ((RealDR <> 0) and (ImaginaryDR <> 0)) then
begin
Magnitude := sqrt((RealDR * RealDR) + (ImaginaryDR * ImaginaryDR));
Impedance := (GainFactor * Magnitude);
Phase := ArcTan2(ImaginaryDR, RealDR);
Z0 := Phase - Vsystem;
Zreal := abs(Impedance) * cos(Z0);
Zimag := abs(Impedance) * sin(Z0);
if (cnt = 40) then
begin
Edit25.Text := Inttostr(Round(Zreal));
Edit26.Text := Inttostr(Round(Zimag));
if ((strtoint(edit23.Text) <> 0) and (Zimag <> 0)) then Edit27.Text := Inttostr(Round(1000000 / (2 * Pi * strtoint(edit23.Text) * Zimag)));
cnt := 0;
end;
cnt := cnt + 1;
end;

Это утверждение меня бодрит на дальнейшее движение.



Сейчас ночь, а мне еще комплектующие необходимо заказать для других не менее срочных заказов, тем более на сегодня доллар аж на рубль меньше вчерашнего Блок схему и алгоритм вышлю в личку (если вам не трудно сбросьте мне туда свой e-mail). про добро не забываю



а я делал так, чтобы размах Vp-p не был больше 2В. Об этом информации вообще нигде нет. Есть только установка выходного максимального размаха Vp-p 2В, из этого я и исходил. Т.е. размах, который способен обмерить встроенный АЦП это 1Vp-p? Не то чтобы я недоверяю опытному человеку, но откуда это значение? Опытным путем? Или я где-то проморгал? Должна же быть информация о таком важном параметре хоть где-то



Тааак.. чем дальше в лес.. У AD5933 выход bias-уровень синусоиды располагается согласно уровням указанным в ДШ. Это я видел. НО в дальнейшем сигнал пропускается через развязывающую емкость и симметрируется относительно середины напряжения питания. Иными словами указанное Вами условие противоречит условиям указанным в ДШ. Так симметрируем сигнал относительно половины питания или выдерживаем на входе натурный уровень смещения, указанный для каждого варианта размаха в ДШ? Я симметрировал относительно половины питания ровно так, как указано в документе, взятом мной за основу (самый первый мой пост в этой теме)



Я проверял все алгоритмы не один раз на реальном железе + предварительно писал их же на Си, имитируя работу на ассемблере (т.е. прибегая в расчетах только к целым числам, дробей то в двоичном коде нет). Вобщем, не поленюсь, проверю еще. Но в большей степени уверен в правильности всех вычислений, проверял каждую подпрограмму (функцию, если хотите) прямо в железе, подставляя перед вызовом тестовые значения, на выходе получал точное совпадение бит в бит. Ошибки конечно были, но постарался выловить все.



Так пока и делаю. 30 кГц (пробовал и другие). В плане спектра я так понял нужно для каждой частоты из сетки свой Gain Factor и свой натурный фазовый сдвиг вычислять.



я пока воздержусь от комментариев. ловлю себя на мысли, что даже смотреть боюсь, как при вскрытии конверта долгожданного письма))) завтра обязательно посмотрю, сегодня уже нет времени (еще поспать бы хоть немного)

СПАСИБО!

Да, я немного не так написал про входное напряжение. У АЦП вход 0...2В. Надо учитывать коэфициент PGA чтобы не заходить за рабочий диапазон АЦП. Вот из даташит: The peak-to-peak voltage presented to the ADC input is 2 V p-p. However, if a PGA gain of ×5 was chose, the voltage would saturate the ADC. Не вижу смысла в личных беседах, здесь выкладывайте, т.к. могут другие специалисты еще подсказать. Лично - это обычно когда разговор о разработке по ТЗ за деньги.

вот это самое интересное и не совсем понятное.



это формула вычисления емкости как я поняимаю

а что это за цикл и почему циклов 40? т.е. во время этого цикла что-то проверяется и циклически "доводится" значение емкости до нужного значения. Что за функции Edit25, Edit26, Edit23? Это обрезание дробной части? Поясните пожалуйста смысл этого цикла и что там происходит



Набросал алгоритм, который есть на данный момент. Если будет время взгляните, пожалуйста:

1. Включение генератора. Если ошибок на шине I2C не возникло и полученные после записи параметры совпали с записываемыми - продолжаю (т.е. сделал контрольное чтение регистров AD5933 после их записи). Если ошибка - включаю аварийный индикатор и не продолжаю. В дальнейшем описании алгоритма не буду включать проверку на ошибки, но проверку делаю на все возможные ошибки после каждой операции.

2. Выжидаю 2 секунды перед командой на измерение. Затем даю команду измерить (Setteling cycles тоже на максимум x512). Решил пока все задержки сделать максимальными. После команды на измерение МК не отправляю в сон (понятно, что лучше отправлять, но этот марафет буду наводить уже после).

3. Дожидаюсь валидности данных опрашивая регистр статуса.

4. Получаю содержимое регистров Real и Imaginery Data.

5. Получаю модули значений (в отдельные переменные).

6. Получаю квадраты модулей (в отдельные переменные).

7. Получаю сумму квадратов (в отдельную переменную).

8. Вычисляю Magnitude = квадратный корень из полученной суммы квадратов (в отдельную переменную).

9. По полученным Real и Imaginery Data (не модулям, а реальным) вычисляю квадрат в котором произошло измерениеи собственно арктангенс отношения I/R. На выходе получаю значение нормализованное к шкале 0...359999999 (т.е. градусы). Записываю в отдельную переменную.

10. Вычисляю калибровочный GainFactor = Magnitude * (calib_r + calib_ri). Это значение используется если я кнопкой даю команду калибровки. Т.е. по команде кнопки происходит только запись в EEPROM уже готового калибровочного значения, которое получено еще до нажатия кнопки (мне показалось так удобней). calib_r - это известное сопротивление в Омах (в моем случае 51000), которое подключается при калибровке, calib_ri - это известное сопротивление Rsense в Омах (в моем случае 10000). Одновременно с записью в EEPROM калибровочного значения Gain Factor я записываю в EEPROM системную фазу, которую получил в предыдущем шаге.

11. Вычисляю комплексное сопротивление Impedance = (GainFactor / Magnitude) - calib_ri. Если GainFactor == 0 или 0xFFFFFF, то ничего не вычисляю (т.е. не было предварительной калибровки и записи в EEPROM).

12. Вычисляю угол фазового сдвига относительно системного значения сдвига (угол со знаком). Т.е. беру калибровочное значение фазы из EEPROM и вычитаю из него текущее значение фазы. Если сдвиг фазы более чем на 180 градусов (чего быть не может), то вычетаю получившееся значение из 360 градусов (произошел перход через 0, к примеру, системная фаза 320 градусов, а текущая 50 градусов). Записываю в отдельную переменную.

13. Вычисляю синус и косинус полученной разницы через тангенс половинного угла (в одной функции). Записываю в две отдельные переменные.

14. Далее шаг на котором я завис. Т.е. я множу комплексное сопротивление Impedance на косинус, чтобы получить активное сопротивление (Zreal) и на синус, чтобы получить реактивное сопротивление (Zimag).

15. Мыслей несколько.. чтобы получить емкость я должен воспользоваться формулой C = 1 / (2 * pi * F * Zimag)? + мне кажется что-то с фазой не то, мне кажется сдвиг фазы имеет какую-то дополнительную прибавку в зависимости от нагрузки/частоты, которую как-то нужно вычислять и прибавлять? нет?

Edit - это просто структура/массив с текстовыми переменными в Delphi? Тогда что содержится в элементе 23 этого массива? Что не должно быть равно 0 при проверке в цикле?

Edit - ввод-вывод с формы. Цикл был чтобы на экране слишком часто данные не обновлялись. Дальше уже некуда, я вам уже разжевал и в рот положил. Если не поможет, тогда ваш путь только заказ разработки по ТЗ. Сделал более понятно:



Если вы при калибровке учитываете потом шунт который измеряет ток, то это не верно, нужно в качестве R_cal ставить только подключенное калибровочное сопротивление. По идее вам значение шунта нигде не надо использовать в расчетах. Но я правда делал по другой схеме, на выходе с генератора источник тока, а на вход измерял ИУ падение напряжения на нагрузке. Но по моему разницы быть не должно. Все паразитные сопротивления в том числе ваш шунт должны учесться сами собой в результате калибровки.

Я вот как на эту строку не смотрю, ну никак оно у меня не укладывается. Согласно ДШ и любым апнотам параметр Impedance обратно пропорционален параметру Magnitude. Если бы Вы параметр Magnitude как-то от обратного вычисляли, то я бы еще понял.



Тот же самый вопрос. Rcal в числителе-то откуда, если и R_cal и MagnitudeGF согласно ДШ в знаменателе.



В используемом мной апноте AN-847 (нагрузка к меня заземлена) это сопротивление учитывается во всех формулах с 7й по 12ю страницы. И как оно может не учитываться, если стоит последовательно с нагрузкой - тоже, хоть убейте, не понимаю.

Errata не могу найти на эту чудо имс, если у них ошибки в формулах, то наверное, об этому AD должно как-то сообщать народу

Для AD это пройденный этап, похоже на заказной проект.
Как сказали региональные представители, когда были у нас в гостях, (а я спросил между делом) тема себя исчерпала и возврата или развития не будет.

Ну имс же произвводят и не первый пяток лет производят. Мало того, что производят еще и народу продают (совсем не по спецзаказу). Да и перед тем, как с ней связываться я видел довольно внушительный список апнотов на сайте AD (не вникал конечно во все сразу перед покупкой, ограничился ДШ и AN-847, подумав "вот оно счастье!"). А теперь хрен разберешь где правда, а где чушь.

Подскажите, пожалуйста, верно ли мое предположение:

После калибровки на известном сопротивлении вычисляемый в последствии параметр Impedance будет равен этому сопротивлению, если само сопротивление так и останется подключенным?

Также, если при подключенном калибровочном сопротивлении рассчитать |Zreal| = |Impedance| * cos(Z0), то |Zreal| также должен быть равным этому сопротивлению (сдвига фазы нет)?

короче откатился я обратно к своим начальным расчетам. все изначально было нормально, похоже, что надо над добавленным аналоговым трактом подумать, т.к. итоговую емкость примерно в 3-4 раза завышает и небольшая болтанка есть, видимо по земле от проца + питание общее с процем, в т.ч. на делителе после разделительного конденсатора между выходом AD5933 и аналоговым трактом. плюс избавляться от влияния активного сопротивления нагрузки, видимо, необходимо дополнительно с помощью расчетов, никак с AD5933 не связанных (имею в виду расчет сигналов цепей переменного тока).

Самое крутое - это когда калибруешь натурный фазовый сдвиг (в моем случае 51 кОм), а потом ставишь, к примеру, 10 кОм вместо калибровочного, то фаза чудесным образом сдвигается на +5.5 градусов. Ошибки у меня точно нет. Это чудо-измеритель, откуда он берет фазу я не знаю, видимо, из космоса влияние Вернее по какому там фурье он получает R и I одному Богу (AD) известно. Осциллографом все перепроверил в двух лучах на разных точках, никаких сдвигов реально нет.