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电子工程世界 技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)( 三 )


电子工程世界 技术文章—电路笔记：电池的电化学阻抗谱(EIS)
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图9.达林顿晶体管对
测量电压
有两个电压测量阶段 。 首先 ， 测量RCAL上的压降 。 其次 ， 测量电池电压 。 每个组件上的压降在微伏的范围内很小(μV) 。 因此 ， 测得的电压通过一个外部增益级发送 。 增益放大器AD8694的输出通过引脚AIN2和引脚AIN3直接发送到至AD5941芯片上的ADC 。 通过利用离散傅里叶变换(DFT)硬件加速度计 ， 对ADC数据执行DFT ， 其中实数和虚数计算并存储在数据FIFO中 ， 用于RCAL电压测量和电池电压测量 。 ADG636对电池和RCAL进行多路复用 ， 输出至AD8694增益级 。
需要ADG636开关的超低电荷注入和小漏电流来消除AD5941输入引脚上的寄生电容 。 由于AIN2和AIN3引脚均用于RCAL测量和电池测量 ， 阻抗测量的信号路径是成比例的 。
计算未知阻抗(ZUNKNOWN)
EIS采用比例式测量法 。 为了测量未知阻抗(ZUNKNOWN) ， 在已知电阻RCAL上施加交流电流信号 ， 并测量响应电压VRCAL 。 然后在未知阻抗ZUNKNOWN上施加相同的信号 ， 并测量响应电压VZUNKNOWN 。 对响应电压执行离散傅里叶变换 ， 确定每次测量的实值和虚值 。 可使用下式计算未知阻抗：
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图10.EIS测量图
电路评估与测试
下节概述CN-0510电路设计的测试程序和结果的收集 。 有关硬件和软件设置的完整详细信息 ， 请参阅CN-0510用户指南 。
设备要求
带USB端口和Windows?7或更高版本的PC 。
EVAL-AD5941BATZ电路板 。
EVAL-ADICUP3029开发板 。
CN-0510参考软件
USBA型转microUSB电缆
连接抓取器/鳄鱼夹的BayonetNeill–Concelman(BNC)连接器
电池（待测器件 ， DUT）
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图11.参考设计板
开始使用
通过Arduino接头将EVAL-AD5941BATZ连接到EVAL-ADICUP3029 。
插入BNC ， 连接F+、F、S+、S上的电缆 。
通过将microUSB电缆连接到EVAL-ADICUP3029上的P10为开发板供电 ， 并将USB电缆的另一端插入您的电脑 。
在连接电池之前 ， 确保开发板通电 ， 以避免短路 。
从GitHub下载示例固件 。
analog.comwiki网站上提供了下载说明 。
将嵌入式软件配置为应用所需的参数 。
使用AD5940BATStructInit(void)函数 。 （示例如下 。 ）
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图12.固件配置
使用建议的交互式开发环境(IDE)构建代码并将代码下载到EVAL-ADICUP3029目标板 。 有关安装详细信息 ， 请参阅AD5940用户指南 。
按照图13所示连接电池 。 将F+和S+引线连接到电池的正极 ， 将S-和F-连接到电池的负极 。
按EVAL-ADICUP3029上的3029-RESET按钮 。
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图13.完整EIS电池系统
电池测试和结果
使用程序（如RealTerm）打开串行终端 。
将波特率配置为230,400 。
选择EVAL-ADICUP3029连接到的COM端口 。
测量结果通过UART流式传输 ， 并可以保存到文件中进行分析 。
请注意 ， 在程序开始时执行一次校准功能 。 如果激励频率较低 ， 则至少需要4个周期才能捕获波形 。 要测量0.1Hz ， 需要40秒以上才能完成 。
请注意 ， 硬件针对1Hz以上的频率进行优化 。 低于此值的测量值由于外部放大器的1/f噪声而更加嘈杂 。
图14.显示在终端程序中的结果


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