RLC Meter, аналоговая часть

Bовка

Да, это та ещё болезнь

, а потом сидишь часами, разбираешься и удивляешся ведь раз пять так делал и нормально было, а тут вдруг... Говорят при отсутствии конденсаторов по питанию у сдвоенных ОУ проникновение сигнала между каналами доходит до 100% Кстати флюс бывает здорово подставляет.

Реклама

balmer

Bовка писал(а):Кстати флюс бывает здорово подставляет.

Пользуюсь безотмывочным флюсом. Даже на моем термометре-гигрометре, который потребляет 15 мкА нет с ним проблем. Хотя там много параллельных дорожек на расстоянии 0.2 мм друг от друга.

Реклама

balmer

Доделал таки аналоговую часть полностью. Под новый год таки выдалось пару свободных деньков. Долго мучался с шумами, которые как оказалось проникают через аналоговую землю. Теперь шумы порядка 8 LSB. Явно можно сделать и лучше разводку, но тут уже надо более серьезные знания, чем у меня.

Вот пример измерения куска провода 2.7 uH 0.16 om на частоте 100 КГц

Теперь надо подтягивать программную часть, чтобы таки понять, какая точность получилась

Да! С Новым Годом всех.

GARMIN

Я немного знаю аналоговую схемотехнику и предложу следующее решение для виртуальной земли:
стандартная схема для работы ОУ на ёмкостную нагрузку

Резистор небольшого номинала, а ёмкость можно увеличивать до бесконечности. Выходной импеданс схемы на высоких частотах определяется импедансом конденсаторов, а на низких частотах - выходным резистором, делённым на коэффициент усиления операционного усилителя.

Реклама

balmer

К сожалению тут нужны достаточно глубокия знания. Понятно, что будут затухающие колебания около собственной частоты RC цепочки. Вот скажем если подключить к выводу Out твоей схемы генератор синусоидального сигнала 300 мВ 100 КГц через 100 Ом резистор, то какая будет амплитуда колебаний на частоте RC цепочки?

Сейчас соберусь с мыслями, поприпаиваю конденсаторы разной емкости и сформулирую вопрос про преобразователь ток-напряжение и 100 КОм резистор.

Реклама

balmer

Тут хотел пожаловаться на высокий уровень шума при включенном резисторе 100 КОм в преобразователе ток-напряжение. Впрочем оказалось все банально - прибор ловит высокочастотные помехи на щупы. Причем прилично ловит, на десяток милливольт.

Впрочем это не очень сильно влияет на конечный результат. Вот пример уже очищенных от помех данных для разомкнутых щупов и конденсатора 1.5 pF на диапазоне 100 КГц.

Синий график - разомкнутые щупы.
Зеленый рафик - 1.5 pF конденсатор.
Данные для усреднения брались за промежуток 1 мс.
Вот тут-то и можно радоваться низкой входной емкости AD8221. 2 pF это немного. И суммарная входная емкость похоже не сильно выше получилась.

Реклама

zöner

прибор ловит высокочастотные помехи на щупы

попробуйте 4-проводную схему с двойным экранированием каждого провода.
внешний экран - заземлен, на внутренний для снижения паразитной емкости подайте входной синус через ОУ-повторитель

balmer

zöner писал(а):попробуйте 4-проводную схему с двойным экранированием каждого провода.

Интересный совет, думаю в будущем пригодится.

Но в этой разработке пожалуй обойдусь без этого.
Ибо придется избавляться от зажимов "крокодилов", уже сталкивался в предыдущих разработках, что они замечательно ловят помехи. Каждый крокодил ловит помехи примерно как 10 см неэкранированного провода.

Так как помехи не синхронные, то увеличение интервала измерения отлично их отсеивает.

К тому-же разрешающая способность получается лучше чем 0.1 pF и 10 нГ, и просто непонятно, как калибровать если станет еще лучше.

balmer

Посидел, померял всякое.
Даже вот такую вот катушку примерно на 40 nH.
Отличие в показаниях с заводским прибором 20% на катушках. Калибровки пока никакой не производил, только вычел показания на замкнутых щупах.

На конденсаторах и сопротивлениях разница в показаниях 2%, без всякой калибровки

Сопротивления и конденсаторы меряет отлично.

С индуктивностями вылезла во весь рост одна важная тонкость. Дело в том, что у катушек индуктивности очень большая емкость. Поэтому у меня есть катушка примерно 80-100 мкГ 800-1000 pF. А еще у нее есть сопротивление и потери в сердечнике. К тому же индуктивность плавает с частотой. Надо таки думать, что с этим делать.

Леонид Иванович

balmer писал(а):К тому же индуктивность плавает с частотой

А еще зависит от тока. А у керамических конденсаторов (кроме NP0) емкость зависит от приложенного напряжения, причем сильно, на максимальном рабочем напряжении может запросто упасть на 80%.

balmer

Ну с конденсаторами все довольно просто. В самом приборе указываем, что 300 мВ максимальное напряжение и все. Измеряя конденсатор 1 pF получаются вполне стабильные результаты, щупы слабо влияют. А вот взял, намотал катушку полтора витка 8 мм диаметром. В одном положении 40 нГ, поворачиваем в щупах на 90 градусов, получаем 27 нГ. Либо взаимоиндуктивность катушки и проводов щупов. Либо зажим "крокодил" выступает в качестве сердечника катушки. На 100 КГц получаются вполне надежно данные с точностью до 1 нГ (если ничего не трогать), но вот как это калибровать - загадка. Ну и опять же - у меня 7 см щупов примерно. Ведь их можно положить что-бы образовался круг, а можно и прижать друг к другу, разница в 70 нГ примерно.

Леонид Иванович

Я не про то, что конденсаторы измерять сложно, а наоборот, интересно было бы иметь возможность измерения емкости при разных напряжениях.

balmer

Для измерения параметров электролитических конденсаторов с разным напряжением/частотой/нагрузкой нужна совсем другая схемотехника. Тут нужен уже блок питания выдающий десяток ампер, мощные полевые транзисторы, провода с сечением пару квадратных миллиметров. Да и реле не помешало бы для определения тока утечки.

Пока учусь на слаботочной электронике, следующим этапом буду собирать на AD8302+AD9850 измеритель комплексного сопротивления. На частоте в десяток-другой мегагерц можно будет наблюдать забавные эффекты.

Леонид Иванович

Небольшая статья на тему измерения параметров компонентов:

balmer

Сижу тут, пытаюсь заставить STM32F303 обсчитывать в реальном времени результаты.

У меня 2 канала по 3 MSps, и надо посчитать минимум/максимум/среднее и свертку с синусом и косинусом. Влезает с трудом по скорости.

Но зато вспомнилось старое мое утверждение, что на STM32F303 можно сделать "халявный" осциллограф. Теперь точно могу сказать, что для 1 канала 12 MSps хватит скорости обработки, чтобы посчитать min/max и простейшее условие на срабатывание тригерра (по уровню или изменению сигнала). Работающий USB практически не влияет на производительность. Ну и 10-15 тыс сэмплов, которые можно хранить в памяти вполне хватит, чтобы хорошо рассмотреть данные в момент остановки. Понятно, что это "убогий" вариант. Но для сигналов до 1 мегагерца вполне хватит.

bob1

balmer писал(а): посчитать минимум/максимум/среднее и свертку с синусом и косинусом.

Интересно сколько тактов выходит между сэмплами? При 12 тактах и использовании поочередного подсчета каналов U и J, то можно замахнуться на тестовую 500кГц!!!!

balmer

В моем случае максимально возможная частота 375 КГц - это 8 сэмплов на 3 MSps

Вот пример 1 uH измеренного на чатоте 375 КГц. Шум достаточно велик, но еще терпим.

bob1

balmer писал(а):В моем случае максимально возможная частота 375 КГц - это 8 сэмплов на 3 MSps

При тактовой 72МГц и тестовой 500кГц - это 12 тактов проца между точками, 12 точек DAC и 12 точек АЦП на 3 MSps (использовать 2 канала ацп).

balmer

Фиг его знает. Вроде бы программная и аппаратная часть это позволяют. Но вот I-V конвертер и 74HC4052 крайне подозрительно ведут себя на высоких частотах.

Хотя, даже у частоты 375 КГц есть определенные преимущества перед частотой 100 КГц при измерении мелких индуктивностей. Но ну его нафиг. Мне и в заявленных характеристиках еще минимум месяц по вечерам париться над этой конструкцией.

zöner

The ADuCM350 is a precision, low power meter-on-a-chip optimized for portable health applications. The single-chip, scalable platform combines a 16-bit accurate analog front-end (AFE), which includes a configurable multi-sensor switch matrix, hardware waveform generator and discrete Fourier transform (DFT) engine, with a processing subsystem and an industry-standard software development environment

http://www.analog.com/en/processors-dsp ... w/fca.html