一种QCM信号在线采集系统的实现(2)

3 系统分析

电路的正弦信号产生部分由直接数字信号合成（DDS）芯片、自动增益控制（AGC）和运放（AMP）等组成。DDS接收DSP的控制信号，产生频率可控的正弦信号；AGC调整DDS的输出信号，使其峰-峰值始终保持为一个已知的定值；AMP则完成信号的放大和阻抗转换。由于信号产生部分增加了自动增益控制使其产生的信号的信号的峰-峰值保持恒定，从而减少了待测信号的数目，简化了测量和处理的过程。

信号产生器部分产生的正弦信号作用在如图2中所示的两个反相比例电路上，反相比例电路的输出信号包含QCM在相应频率下的等效阻抗的幅值和相角信息。根据反相比例电路虚地的原理，作用在QCM上的电压始终保持为信号产生部分的输出电压与地之间的电压差。采用这种结构的好处是：（1）使作用在QCM上的电压保持恒定，简化了处理过程。（2）只通过一个反相比例电路的输出信号即可单独得到QCM等效阻抗的幅值（通过后面的计算将会得到此结论）。

反相比例电路输出信号的采集和处理部分的核心是两个乘法器和低通滤波器。设信号产生部分的输出信号电压为：u=u0coswt，用相量表示为：u。则含有QCM的反相比例电路的输出为：

式中，R1为参考电阻|Z|和φ为其对应的幅值和相角。另一个反相比例电路的输出为：