RLC Meter, аналоговая часть

[balmer]

Перерисовал схемку. Задам еще пару вопросов, может кто знает ответ.
Беспокоит меня проникновение сигналов через виртуальную землю. На схеме она обозначена как +2.5V и +1.6V.
На выходах IC4 и IC5 на краю диапазонов могут быть очень различные условия.

Скажем измеряем очень маленькое сопротивление, тогда на выходе IC5 очень маленький сигнал, а на выходе IC4 очень большой.
REF пины подключены через виртуальную землю к одному и томуже контакту (внутри сопротивление всего 10 КОм). Не будет ли проникновения сигнала?

Единственная защита от проникновения сигнала - это конденсаторы С22-С25 на выходе IC6A, IC6B. Сама микросхема IC6 - AD8532 на низких частотах имеет очень маленькое выходное сопротивление. Но вот на частоте 100 КГц выходное сопротивление порядка нескольких Ом.

Может быть добавить RC цепочки на каждый из REF пинов?
Может быть поменять +- входы местами у IC4?
Виртуальная земля к тому-же может влиять и на IC3 микросхему, а тут и до самовозбуждения недалеко

[bob1]

Может быть добавить RC цепочки на каждый из REF пинов?

Нет. Так делать не надо. По переменке сопротивление не больше 5-6 Ом. Если будут проблемы, то сделать еще один опорник на +2.5В. На плате место предусмотреть на всякий случай.

Виртуальная земля к тому-же может влиять и на IC3 микросхему

Здесь вывод IC3 можно подключить напрямую к делителю R6, R7 или на С24.

[balmer]

Наконецц-то пришел STM32F303.
Запаял его, завел DAC и ADC от одного таймера.

Ошибка в определении фазы сигнала на частоте 100 кгц составляет 0.05% или 2e-9 секунды.
Причем для такой точности не надо долго ждать, достаточно данных за 10 мкс времени.
Так что впечатлен возможностями, которые предоставляет данный метод.
Всетаки синхронная работа ADC и DAC - это сила

[bob1]

Всетаки синхронная работа ADC и DAC - это сила

Сказал бы жизнь RLC метра. Без синхронной работы и работать толком не будет.
В схеме R29 тоже можно убрать, увеличив C20. Входная RC цепочка плавно зарядит конденсатор на выходе.

[balmer]

В схеме R29 тоже можно убрать, увеличив C20.

Тут вы не правы. Такая схема используется против возникновения колебаний.
Посмотрите Datasheet на AD8532 главу CAPACITIVE LOAD DRIVE.

Впрочем можно глянуть и на картинку.



Если емкость достаточно велика на выходе, то вплоть до самовозбуждения.

Были другие недостатки в той схеме (в виртуальной земле), через нее таки проникал сигнал с другого канала. Поэтому немного другая схема сейчас.

[bob1]

Так на картинке на выходе колебания когда кондер на 47нФ. Я же предлагал оставить электролит. Если же с ним самовозбуждается , то идею в топку.

[balmer]

Аааа, понял. Электролит на выходе ставить нет смысла. Ибо на низких частотах ОУ очень точно держит напряжение, на высоких же частотах от электролита с большим ESR никакого толку. Если же будет низкий ESR - то тогда будет опастность самовозбуждения. Это все лечится резистором на минусовой вход ОУ, но как пишут в книжках - это вариант решения похуже.

[balmer]

DAC на STM32 радует. Я то думаю, почему все очень аккуратно фильтром высокого порядка сглаживают синусоиду.
Потому как 100 КГц синус при сэмплировании на 1 МГц выглядит так



Но на STM32 можно и повыше частоту сэмплирования указать, тогда получится такой результат



Так что при частоте сэмплирования 3 МГц получается очень приятная круглая картинка.

[Galizin]

Даже понятно откуда эти 1 мегавыборка в сек берется. Из даташита. Оказывается можно и выше. Попробуйте еще подмешать пилу на вход АЦП разрядов 100--200 амплитудой со второго ЦАП. То есть сделать оверсамплинг как это написано в соотв AN от ST. Должно несколько улучшить параметры.
Еще вопрос - как калибровать будете. В смысле понятно что по резисторам и/или конденсаторам. Но каков алгоритм? Достаточно интересная тема. Главная после того как добьетесь устойчивых показаний.

[balmer]

Вы хотели сказать пилу с амплитудой 0.5-1 LSB ?
Нет уж, спасибо спасибо. Подмешивать пилу - это только в ночных кошмарах присниться может. Во первых это совет только для низких частот. А во вторых - предусилитель с правильным коэффициэнтом усиления дает знаачительно больше плюсов.

[Bовка]

Оверсемплинг полезная вещь, советую попробовать для интереса и для оценки возможностей. Тут он вряд ли поможет, хотя я б его применил вместо фильтрации результата. Просто заметил скептическое отношение к нему - для многих это "не настоящие биты" и поэтому веры в них нет. Сам его без подмешивания шума попробовал в 2008 и сильно расстроился, что не узнал о нём раньше.

[zöner]

оверсемплинг работает когда на входе АЦП постоянка.
если синусоида - вряд ли поможет.

[Bовка]

Можно и для периодического сигнала применить, но громоздко. Поняв сам принцип его работы можно его успешно применять не только для АЦП, а практически для любых данных. Я, например, его применял в RMS вольтметре для сигнала произвольной формы.
Тут, не смотря на высокую частоту сигнала, результат в итоге будет низкочастотный (наши глаза не смогут его считывать при высокой частоте обновления экране) и тут самое место фильтру или оверсемплингу.

[balmer]

Дописал прошивку до стостояния, когда видно уже выходные данные. И тут меня поджидал сюрприз/засада.
Тестирую пока со старым вариантом аналоговой части, в которой конвертер ток-напряжение сделан на OP07C.

Сначала графики, на которых проблемма наиболее хорошо видна, а потом мои комментарии.
Частота 1 КГц. Измеряем резистор 820 Ом. Резистор 100 ом в схеме ток-напряжение.

Напряжение:


Ток:


Небольшие колебания высокой частоты - это похоже какойто вид самовозбуждения преобразователя ток-напряжение.
Частота около 20 КГц. Вот сижу и думаю, наверно хорошо, что не взял сразу быстрый ОУ. Если бы он возбуждался скажем на чатоте более 100 КГц, то не смог бы это заметить. И еще мне вспоминаются слова Galizin Шумит I/V преобразователь.

Пока мыслей нет, как исправить эту проблему. Единственное что приходит на ум - выкинуть этот преобразователь нахрен, и полагаться на высокий Common Rejecrion Ratio у инструментальных усилителей.

[Andrew Martin]

Может быть, поможет обвязка ёмкостями, как в RLC-2. Не зря же они там...

[bob1]

Небольшие колебания высокой частоты

Точек для формирования синуса сколько? Число может кратно...
Если сигнала(1кГц) нет, то есть самовозбуждение?
Если привязан к розетке или к компу, то может с импульсного блока питания помеха идет, энергосберегайки и т.д.

[balmer]

С питанием все хорошо. Если закоротить выход DAC на вход ADC, то синусоида очень чистая. Точек для формирования синуса 1000 штук, то есть DAC/ADC работают на частоте 1 МГц в этом случае. Вечером попробую провода покороче сделать между аналоговой и цифровой частью. Может на них помеха ловится.

[Galizin]

У меня шумит - это 1-2 милливольт на выходе I/V преобразователя при 100К резисторе.

[balmer]

Да, спасибо будем думать. С шумами пока не особо получается бороться, ибо исправлял косяки в прошивке. Зато показания после DAC->ADC->определеня фазы теперь плавают всего на 0.5e-9 секунды. Причем не только между каналами (что не удивительно, так как они синхронно запускаются). Но и в варианте когда DAC перезапускается и ADC перезапускается и считается фазовая задержка распространения сигнала.

На F107 это было принципиально невозможно, так как ADC работал не на полной частоте и запускался с неизвестной/случайной задержкой.
А в F303 даже специальный флажек есть ADC_Clock_SynClkModeDiv1

[balmer]

Разобрался из-за чего была дополничельная синусоида.
Дело в том, что люблю не все детальки паять. Запаяю чутка деталек, проверю и так много раз.

Вот буферный ОУ от DAC к исследуемой детали.


Не запаял конденсатор C6 И при подаче сигнала получалось небольшое возбуждение примерно на 10 мВ.

После водворения детали на законное место уровень помех уменьшился многократно
Правда шумов все равно предостаточно. Через провода по 20 см, которые соединяют два куска схемы и через USB провод идущий к компьютеру.
Сейчас мои платки выглядят так