从理论分析可知,选用芯片AD8302可以得到从电极输出的两路信号的幅度比和相位差。AD8302是美Analog Devices公司生产的专门用于幅度和相位测量的首款单片集成电路,它能同时测量从低频到2.7 GHz频率范围内两输入信号之间的幅度比和相位差。它内部含两个精密匹配宽带对数检波器、一个相位检波器、输出放大器组、一个偏置单元和一个输出参考电压缓冲器等。该器件将精密匹配的两个对数检波器集成在一块芯片上,因而可将误差源及相关温度漂移减小到最低限度。
AD8302的幅度和相位测量原理主要基于对数放大器的对数压缩功能,其一般数学表达式为:VOUT=VSLPlog(VIN/Vz)其中VIN为输人电压,Vz为截距,VSLP为斜率。AD8302正是利用上述对数压缩原理,通过精密匹配的两个宽带对数检波器来实现对两输入通道信号的幅度和相位的测量,其方程式如下:
式中:VINA和VINB分别为A,B两通道的输入信号幅度;φ(VINA)和φ(VINB)分别为A,B两通道的输入信号相位;VCP为参考电压VCP=900 mV;RFISP=30 mV/dB;RFIφ=10 mV/(°)。
因此,两路电压信号经过AD8302输出增益和相位电压值;再通过C8051F340单片机内部自带的10位ADC转换后,取到增益和相位具体参数,计算后可直接得到被测的阻抗。
2.4 其他部分
在本系统的设计中除了信号源和检测部分,键盘、显示、数据存储等部分也是必不可少的。键盘主要用来设置信号源参数,包括信号的起止频率、频率步进、开始和复位等。键盘采用3×2矩阵式结构。
显示部分选用EDM12864B型图形点阵式LCD液晶显示模块,主要用来显示信号参数的具体设置信息和输出状态,如当前输出信号的频率和幅值.测量对象的频谱特性参数值(幅值和相位)等。
外部数据存储器采用SD卡。这种模式方便快捷,当测量结束后,将测量数据存入SD卡中;然后取下SD卡,插入到读卡器中,可以直接在计算机上读出数据文件并处理数据。另外,在该系统上还设计了USB接口。当连接USB与计算机,通过程序的控制,可以实现直接读取SD卡中的数据文件。