為了應對要求阻抗測量的應用（電路中流動的電壓和電流之間的關系）的上升趨勢，ADI開發了AD5933和ADuCM350等阻抗測量IC，這些產品已獲得廣泛的市場認可。然而， 這些 部分 并 不能 滿足 每 個 應用 的 要求， 設計 人員 仍然 面臨 使用 標準 組 件 設計 這種 測量 能力 的 挑戰。對某些人來說，選擇和挑戰可能有點壓倒性。

讓我們從基礎開始，看看現代IC可以做什么。盡管大多數人從電壓電流比的角度考慮阻抗，但在電路術語中，它歸結為兩個電壓信號以及已知阻抗和未知阻抗之間的關系。例如，要通過未知電阻RU施加電流，我們可以將該電阻放置在具有已知電壓vi和第二個已知電阻R的電路中。這形成了一個輸出電壓 vo 的分壓器，可以針對 RU 求解：

為了獲得準確的比率測量值，vo 相對于 vi 不應太小，也不應幾乎相等。當使用交流信號工作時，這種看似簡單的方法適用于任何阻抗，但隨著頻率的增加，容易產生測量誤差和電路寄生效應。

另一個經典的例子是將已知和未知的電路元件放置在惠斯通電橋中，并通過調整可變元件來調零輸出信號。在平衡點（信號為零的地方），可以使用已知的橋元件值計算未知阻抗。這種方法產生非常準確的結果，但需要手動操作笨重且昂貴的可變電容器、電感器和電阻器，這使得它在許多應用中不切實際。

對經典方法的改進包括自動化電橋和使用電阻元件。這可以通過插入控制元件代替零點檢測器來驅動橋的一條腿來實現。這種方法被稱為“自動平衡電橋”，可以通過一個簡單的運算放大器來實現。由于它將零點幾乎保持在恒定值，因此降低了測量未知阻抗兩端電壓的CMRR要求。運算放大器雖然簡單，但需要在整個頻率范圍內保持高增益，其輸出應處理來自電源的電流。LTC6268、ADA4817-1、LTC6252 和 ADA4625-1 等少數選擇可用于頻率高達 10MHz 或更高的阻抗測量。AD8250、AD8251、AD8429或AD8421等高速儀表放大器可以差分檢測未知電壓，避免寄生效應并減輕運算放大器零誤差引起的誤差。

下一個挑戰是找到來自已知阻抗和未知阻抗的信號之間的幅度和相位關系。AD18 或 LTC4003-2387 等高速、18 位精密 ADC 使設計人員能夠對波形進行數字化處理，以提取它們在數字域中的關系。與在模擬域中執行相同的操作相比，這有幾個優點，可以產生更準確的結果、更小的PCB面積和更強大的系統。最后，通過使用AD9834等DDS芯片完成測量前端，可以大大簡化激勵信號的生成。

在設計阻抗測量系統時，您是否遇到過類似的挑戰？您是否正在完成一個面臨這些挑戰的項目？讓我們知道！

審核編輯：郭婷