PmodIA™-referentiehandleiding
Herzien op 15 april 2016
Deze handleiding is van toepassing op de PmodIA rev. A
Overview
De PmodIA is een impedantie-analysator gebouwd rond de Analog Devices AD5933 12-bit Impedance Converter Network Analyzer.
Kenmerken zijn onder meer:
- Impedantie-analysator met 12-bit impedantie-omzetter
- Meet impedantiewaarden variërend van 100Ω tot 10 MΩ.
- Programmeerbare frequentie sweep
- Programmeerbare versterking ampverliezer
- Optionele externe klokgeneratie
- Klein PCB-formaat voor flexibele ontwerpen 1.6 inch × 0.8 inch (4.1 cm × 2.0 cm)
- 2×4-pins poort met I²C-interface
- Volgt de Digilent-interfacespecificatie
- Bibliotheek en example code beschikbaar in resource center
De PmodIA.
Functionele beschrijving
De PmodIA maakt gebruik van Analog Devices AD5933 met zijn ingebouwde frequentiegenerator en analoog-digitaalomzetter (ADC) om een externe onbekende impedantie op een bekende frequentie te kunnen opwekken. Deze bekende frequentie wordt via een van de SMA-connectoren verzonden. De frequentierespons wordt opgevangen door de andere SMA-connector en naar de ADC gestuurd en er wordt een discrete Fourier-transformatie (DFT) uitgevoerd op sampled-gegevens, waarbij de reële en denkbeeldige delen van de oplossing worden opgeslagen in de gegevensregisters op de chip. Uit deze twee datawoorden kan zowel de grootte van de onbekende impedantie als de relatieve fase van de impedantie op elk punt in de gegenereerde frequentiezwaai worden berekend.
1.1 I² C-interface
De PmodIA fungeert als een slave-apparaat met behulp van het I² C-communicatieprotocol. De I² C-interfacestandaard maakt gebruik van twee signaallijnen. Dit zijn I² C-gegevens en I² C-klok. Deze signalen worden respectievelijk toegewezen aan de seriële gegevens (SDA) en de seriële klok (SCL) op de PmodIA. (Zie Tabel 1.) In de volgende instructies wordt uitgelegd hoe u het apparaat leest en schrijft.
U moet rekening houden met twee protocollen bij het schrijven naar de PmodIA: de schrijfbyte/opdrachtbyte en de blokschrijf. Het schrijven van een enkele byte van de master naar de slave vereist dat de master een startvoorwaarde initieert en het 7-bits slave-adres verzendt. U moet de lees-/schrijfbit laag houden om succesvol naar het slave-apparaat te kunnen schrijven. De PmodIA moet bij het opstarten het slave-adres instellen op 0001101 (0x0D). Nadat de slave zijn adres heeft bevestigd, moet de master het adres sturen van het register waarnaar hij wil schrijven. Zodra de slaaf de ontvangst van dit adres bevestigt, verzendt de meester een enkele databyte die de slaaf moet bevestigen met een retourbit. De master moet dan een stopvoorwaarde afgeven.
U kunt dit protocol ook gebruiken om een pointer voor een registeradres in te stellen. Nadat de master het slave-adres en de schrijfbit heeft verzonden en de slave reageert met een bevestigingsbit, verzendt de master een pointer-opdrachtbyte (10110000 of 0xB0). De slave zal een bevestigingsbit bevestigen en vervolgens zal de master het adres van het register sturen waarnaar in het geheugen moet worden verwezen. De volgende keer dat het apparaat gegevens leest uit of schrijft naar een register, zal dit op dit adres plaatsvinden.
Opmerking: De aanwijzer moet worden ingesteld voordat blokschrijf- of blokleesprotocollen worden gebruikt.
U kunt een blokschrijfprotocol op dezelfde manier uitvoeren als het instellen van een pointer. Verzend het blokschrijfcommando (10100000 of 0xA0) in plaats van het pointercommando, en het aantal verzonden bytes (weergegeven als een byte) zal de plaats innemen van het registeradres, waarbij daaropvolgende databytes op nul worden geïndexeerd. Gebruik dezelfde twee protocollen bij het lezen van gegevens van de PmodIA: byte ontvangen en lezen blokkeren.
| Connector J1 – I² C-communicatie | ||
| Pin | Signaal | Beschrijving |
| 1, 2 | SCL | I²C-klok |
| 3, 4 | Zevende-dags Adventisten | I² C-gegevens |
| 5, 6 | GND | Voeding Aarde |
| 7, 8 | VCC | Voeding (3.3V/5V) |
1.2 Klokbron
De PmodIA heeft een interne oscillator die een kloksnelheid van 16.776 MHz genereert om het apparaat te laten draaien. Je kunt een externe klok gebruiken door IC4 op de PmodIA te laden en bit 3 in het besturingsregister in te stellen (registeradres 0x80 en 0x81).
Het PmodIA-schema biedt een lijst met aanbevolen oscillatoren. Het schema is beschikbaar op de PmodIA-productpagina op www.digilentinc.com.
1.3 Een frequentie-sweep instellen
De elektrische impedantie, μ, van een circuit kan variëren over een reeks frequenties. Met de PmodIA kunt u eenvoudig een frequentie-sweep instellen om de impedantiekarakteristieken van een circuit te vinden. Eerst moet u een I² C-interface opzetten tussen het hostbord en de PmodIA. De PmodIA heeft drie soorten informatie nodig om een frequentiezwaai uit te voeren: een startfrequentie, het aantal stappen in de zwaai en de frequentietoename na elke stap. De startfrequentie en de parameters voor de toename per stap worden opgeslagen als woorden van 24 bits. De parameter voor het aantal stappen wordt opgeslagen als een woord van 9 bits.
U kunt het piek-tot-piekvolume programmerentage van de uitgangsfrequentie in de sweep door bits 10 en 9 in het besturingsregister in te stellen. De piek tot piek voltage moet op de juiste manier worden ingesteld in relatie tot de impedantietest. Dit is om te voorkomen dat de interneamps van het proberen een uitvoervolume te leverentage of stroom die hun maximale capaciteit te boven gaat. Het wordt aanbevolen om bij gebruik van de feedbackweerstand van 20 ohm het piek-tot-piekvolume in te stellentage op 200 mV of 400 mV en bij gebruik van de 100K-ohm feedbackweerstand stelt u het piek-tot-piekvolume intage bij 1V.
Als het circuit eenmaal is bekrachtigd, duurt het enige tijd voordat het zijn stabiele toestand bereikt. U kunt voor elk punt in de frequentiezwaai een insteltijd programmeren door een waarde te schrijven naar de registeradressen 0x8A en 0x8B. Deze waarde vertegenwoordigt het aantal uitgangsfrequentieperioden dat de analoog-digitaalomzetter zal negeren voordat deze begintampde frequentierespons bepalen. (Zie Tabel 2 voor een lijst met registers en de bijbehorende parameters.)
| Adres registreren | Parameter |
| 0x80, 0x81 | Controleregister (Bit-10 en Bit-9 stellen piek-tot-piek voltage voor de uitgangsfrequentie). |
| 0x82, 0x83, 0x84 | Startfrequentie (Hz) |
| 0x85, 0x86, 0x87 | Stap per stap (Hz) |
| 0x88, 0x89 | Aantal stappen in sweep |
| 0x8A, 0x8B | Bezinkingstijd (aantal uitgangsfrequentieperioden) |
U kunt het 24-bits woord berekenen dat moet worden opgeslagen in de registeradressen voor de startfrequentie en de toename per stap-parameters met behulp van de onderstaande vergelijkingen voor de startfrequentiecode en de frequentie-incrementcode. U kunt deze vergelijkingen en meer informatie ook vinden in het AD5933-gegevensblad.
Nadat u deze parameters heeft ingesteld, voert u de volgende stappen uit om de frequentie-sweep te starten (geparafraseerd uit het AD5933-gegevensblad):
- Ga naar de standby-modus door het standby-commando naar het besturingsregister te sturen.
- Ga naar de initialisatiemodus door een initialisatie met startfrequentie-commando naar het besturingsregister te sturen.
Hierdoor kan het te meten circuit zijn stabiele toestand bereiken. - Start de frequentiezwaai door het startfrequentiezwaaicommando naar het besturingsregister te sturen.
1.4 Impedantieberekeningen
De analoog-digitaalomzetter sampgeeft de frequentierespons weer van onbekende impedanties tot 1 MSPS met een resolutie van 12 bits voor elk punt in de frequentiezwaai. Voordat de metingen worden opgeslagen, voert de PmodIA een Discrete Fourier Transform (DFT) uit op de sampled-gegevens (1,024 sampbestanden voor elke frequentiestap). Twee registers slaan het DFT-resultaat op: het echte register en het denkbeeldige register.
Elektrische impedantie bevat zowel reële als denkbeeldige getallen. In cartesiaanse vorm kun je de impedantie uitdrukken met de vergelijking:
z = Echt + j ∗Imaginair
Waar Echt de reële component is, Imaginair de denkbeeldige component, en ? is een denkbeeldig getal (equivalent aan i = √−1, in de wiskunde). Je kunt impedantie ook in polaire vorm weergeven:
Impedantie = |z|∠θ
Waar |Z| is de grootte en ∠θ is de fasehoek:
De PmodIA voert geen berekeningen uit. Na elke DFT moet het masterapparaat de waarden in de reële en denkbeeldige registers lezen.
Om de werkelijke impedantie te berekenen, moet u rekening houden met de versterking. Je kunt een ex vindenampberekening van de versterkingsfactor in het AD9533-gegevensblad.
1.5 Temperatuurmetingen
De PmodIA heeft een onafhankelijke 13-bits temperatuursensor om de apparaattemperatuur te controleren. Raadpleeg het gegevensblad van de AD5933 voor meer informatie over het aansturen van deze module.
1.6 Adressen registreren
Het gegevensblad AD5933 bevat een volledige tabel met registeradressen.
Fysieke afmetingen
De pinnen op de pin-header zijn 100 mil uit elkaar geplaatst. De PCB is 1.6 inch lang aan de zijkanten parallel aan de pinnen op de pin-header en 0.8 inch lang aan de zijkanten loodrecht op de pin-header.
Gedownload van Pijl. com.
Copyright Digilent, Inc. Alle rechten voorbehouden.
Andere genoemde product- en bedrijfsnamen kunnen handelsmerken zijn van hun respectievelijke eigenaren.
Hof Henley 1300
Pullman, WA 99163
509.334.6306
www.digilentinc.com
Documenten / Bronnen
 |
DIGILENT PmodIA met externe klok-microcontrollerkaarten [pdf] Gebruikershandleiding PmodIA met externe klok-microcontrollerkaarten, PmodIA, met externe klok-microcontrollerkaarten, externe klok-microcontrollerkaarten, klok-microcontrollerkaarten, microcontrollerkaarten, borden |