RLC Meter, аналоговая часть

[Alex2]

Напряжение ADC должно быть практически таким-же как и напряжение цифровой части (это в даташите написано).
Большие V% на частотах 100Hz - 10KHz это уже значения, при которых ощибка получается приличная измерения. Явно в нелинейную область залезли немножко.

написано то оно написано, только в схеме напряжение мк 3,3В, а опорное аналоговой части 2,5В. Это значит, что максимальная амплитуда сигнала может быть 3,3-2,5= 0,8В относительно виртуальной земли, дальше положительная волна будет срезаться, а снизу будет 1,7В. Если бы опорное было 1,65В макс сигнал мог бы быть теоретически эти же 1,65В. Т.е в 2 раза больше. А так получается обокрали АЦП

А как может быть на НЧ и активной нагрузке на одной частоте линейная область, а на другой нелинейная область ?

Обнаружился косяк с корректировками,
К примеру корректировка на 1Ом, измерил номинал прибором Вов1 998,5мОм. В приборе забиваю 998мОм. Провожу корректировку(пробовал и через скрипт и автономно). В скрипте после калибровки жму записать на флеш, автономно жму сейв, пишет, что все ок. Далее подключаю тот же резистор. В итоге:
100Гц 1,107 Ом
1кГц 1,038 Ом
10уГц 1,099 Ом
97кГц 1,000 Ом
187кГц 0,999 Ом.

Как так получается?

[balmer]

Это значит, что максимальная амплитуда сигнала может быть 3,3-2,5= 0,8В относительно виртуальной земли, дальше положительная волна будет срезаться, а снизу будет 1,7В. Если бы опорное было 1,65В макс сигнал мог бы быть теоретически эти же 1,65В. Т.е в 2 раза больше. А так получается обокрали АЦП

Да, понял о чем речь. Дело в том, что когда пробовал задействовать Rail-to-Rail усиление в ОУ, получалось нелинейно. Rail-to-Rail это когда ниже 1.5 Вольта и выше,чем 5-1.5 = 3.5 Вольта. Нелинейно - это например проводишь корректировку 100 Ом и 1 КОм, а потом пробуешь измерить резистор 300 Ом. Получалась ошибка до 10% если случайно усиление в Rail-to-Rail область заходило.

К примеру корректировка на 1Ом, измерил номинал прибором Вов1 998,5мОм. В приборе забиваю 998мОм. Провожу корректировку

Не знаю, только что проверил у себя - все корректно работает.

[Alex2]

Явный софт-глюк. 100Гц.
Захожу в коррекцию, ставлю резистор 1Ом= 1,000 Ом, калибрую, измеряю 1,100 Ом. Захожу в коррекцию, калибрую 1Ом= 900мОм, измеряю, все те же 1,100 ом.
Убираю резистор , щупы в воздухе, калибрую на 1 Ом, сохраняю, выхожу на измерение, на экране застывшее сопротивление -1,086К (щупы разомкнуты). Перезагружаю прибор, подставляю 1 Ом и вижу то же показание в 1,100.
Ставлю в корректировке 1Ом= 1,100 Ом, калибрую, сохраняю, перехожу на измерения- всё те же 1,100. Пробовал очищать- та же история.
Через скрипт устанавливаю значение 100к= 110к, калибрую, пишу в флешь, получаю то же значение при измерении, что и при калибровке 100к=100К. Напоминаю, это все происходит при 100Гц.
далее ставлю частоту 183кгц, и о чудо 100-к резистор измеряется как 110К.

на 187кгц калибровка резистора через меню прибора в 100к занимает секунд 5, на 100Гц проскакивает мгновенно.
прописываю в калибровке в меню прибора 183кгц 100к=100к, и резистор в 100к показывает уже не 110К, а 82
Повторяю то же через меню корректировки- эффекта нет.
Подключаю, калибрую 100К=100к через скрипт, на 93, 183кгц правильно показывает, 100,1к,10к -опять врут....
При этом 100 Ом через скрипт откалибровалось на всех частотах верно,

[Alex2]

Начал лазить с осциллом по аналоговой части.
Посмотрел осциллограмміы непосредственно с ЦАП
100Гц 930мВ
1кГц 930мВ
10кГц 870мВ
93 кгЦ 560мВ
183 кГц 345мВ
На выходе буфера 1 IC1 еще нелинейнее (R19 3K отсутствует )
100Гц 600мВ
1кГц 510мВ
10кГц 870мВ
93 кгЦ 300мВ
183 кГц 150мВ
Посмотрел напряжения в АЦП в различных режимах - иногда синусоида по каналу напряжения срезается по верху - смещение + высокая амплитуда сигнала.
Вероятно проблемы с калибровкой могут быть связаны с этим искажением., на верхних частотах амплитуда сигнала ниже, синусоида не искажается. Вопрос по калибровке пока снят до устранения апаратного косяка
Я так понимаю амплитуда ЦАПа на всех частотах установлена одинаковой, но сопротивление ЦАПа слишком высокое и на ВЧ амплитуда падает в разы? Вряд ли вы программно её ограничивали для разных частот.
По амплитуде на 1-й лапе 1 IC1 можно сделать вывод, что с7, подключаемый на 100 и 1кГц сильно просаживает сигнал, потом подъем на 10кГц и сильный завал на ВЧ.
В таком случае может быть и объяснима "линейная и нелинейная область" на разных частотах.

[Alex2]

Добрый день, Дмитрий.
Поправил усиление ОУ 8221. Они срезали сигнал по уровню 1,1-1,4В от +/-питания, т.е при виртуальной земле в 2,5В амплитуду могут выдавать чуть более 1В. Калибровка стала правильная. Высокоомный резисторы стали измеряться точнее, чем до вмешательств в схему.
Но вылез другой косяк моего баловства.
Сейчас опорное напряжение программируемых ОУ MCP6S21 1,65В, а максимальная амплитуда с 8221 1В. в таких условиях MCP6S21 не меняют КУ, стоят все время на мин. усилении "RxV0I0", при этом на измерении низких сопротивлений усиления категорически не хватает, погрешность по V% доходит до 100%, цифры мельтешат слишком сильно.
Могли бы вы осуществить эту операцию "При изменении коэффициентов усиления по хорошему надо подбирать цифры в process_measure.c (goodMin и goodMax). Но для этого надо перекомпилировать прошивку." и скомпилировать?
Если проблемно,укажите пожалуйста текущие условия программного переключения КУ, чтоб можно было в них вписаться, не возвращаясь полностью к базовой аппаратной части.

[balmer]

Текущие значения
goodMin = 2700
goodMax = 3700

Чтобы перевести в вольты надо 3.3 V / 4095, получается
goodMin = 2.17 V
goodMax = 2.98 V

Выносить в меню пункты эти откровенно лень. Вам быстрее по времени будет научиться компилировать исходники и менять эти цифры. Хотя это будет неудобно, потому как после перепрошивки будет слетать калибровка. Я настраивал эти цифры в python коде. А потом когда все было настроено переносил в прошивку.

[Hagan]

Уважаемый автор! А не проще было выложить исходники, чтобы соратники допилили код?
Опять таки и вопросов меньше было бы по программной части)

Добавлено after 6 minutes 20 seconds:
И ещё вопрос к вам - http://dmitry-shem.livejournal.com/5186.html
Вы знакомы с этой публикацией в ЖЖ?
Думаю, что разработка точного прибора значительно упростилась бы)

[balmer]

Уважаемый автор! А не проще было выложить исходники, чтобы соратники допилили код?

Исходники есть, см https://github.com/balmerdx/rlc-meter-balmer

Там не так просто что-то улучшить. Точность и ширина охвата и так очень хорошие. Т.е. можно измерять емкости от 0.1 пикофарад (с младшим разрядом 0.01 pF) до 10.000 микрофарад. Сопротивления от десятков миллиом до единиц мегоом. От десятков наногенри до единиц генри. Много внимания уделил линейности измерения. Т.е. при корректной калибровке получается точность лучше 0.2% в диапазоне 30 Ом - 100 КОм (и аналогично для конденсаторов/индуктивностей) с дальнейшим постепенным ухудшениям к краям диапазона.

PS: И таки да, моя железка более точная, чем в приведенном посте dmitry-shem.livejournal.com/5186.html .

[Hagan]

Спасибо за реакцию)
Просмотрел всю ветку. Молодость вспомнил!
Относительно исходников - вижу только бинарник.
Относительно статьи Дмитрия - там широкое поле для доводки с применением вашего процессора.

Добавлено after 6 minutes 33 seconds:
Дело в том, что точными измерениями занимался по долгу так сказать службы. В принципе и продолжаю)
Аналоговая схемотехника быстро становится тесной и закономерно приходится применять цифру.
Танцы с бубном при этом достаточно просто обходятся)))

[balmer]

Относительно исходников - вижу только бинарник.

Дык вот жеж! https://github.com/balmerdx/rlc-meter-b ... /3code/src

[Hagan]

Вот же ж...
Слона то я и не приметил!
Премного благодарен вам!
Жду проц, буду повторять вашу конструкцию. Остановился на ней, чтобы освоить стмку)

Добавлено after 9 minutes 22 seconds:
Моя задача - довести частоту измерения до 1 мгц. Таково ТЗ. И обязательное требование - аналоговая обработка!..
Физики требуют)
На работе.

[balmer]

До 1 МГц напрямую там нельзя довести. Надо полностью переделывать и аналоговую часть. VNA (Vector Network Analyzer) логика работы и схемотехника уже начинают рулить на таких частотах.

[Hagan]

Конечно.
Не думаю, что внутренний ЦАП стмки потянет)
И бюджет аховый - придётся как в 80-ые годы собирать на цифровых счётчиках и р-2р цап.
Ну и так далее...
Будем пилить)

Добавлено after 2 minutes 2 seconds:
Спасибо вам и соратникам - подкинули несколько идей!

[balmer]

И бюджет аховый - придётся как в 80-ые годы собирать на цифровых счётчиках и р-2р цап.

Не надо так извращаться. Точность будет никакущая.

Надо действовать стандартным способом - смесители, а потом оцифровка низкочастотного сигнала, 1-10 КГц частотой. Разница фаз переностится без изменений после смесителя.

[Alex2]

Добавлено after 9 minutes 22 seconds:
Моя задача - довести частоту измерения до 1 мгц. Таково ТЗ. И обязательное требование - аналоговая обработка!..
Физики требуют)
На работе.

Не следует плодить сущности Мегагерц ради мегагерца? Почему не 3?
Доработайте этот прибор и будет вам счастье. На мегагерце вы можете не получить лучше показатели из-за ухудшения качества работы тракта на более высокой частоте, при этом потратите кучу времени, сил и денег.
Вон транзистор-тестер Маркуса работает на частоте куда выше этого, но до точности этого ему еще ползти и ползти...
Кроме повышения частоты есть другой путь - повышение разрешающей способности. Например внешний АЦП, но у них чем выше разряность, тем ниже частота. У СТМ вполне гожий АЦП для наших целей, если им правильно пользоваться. К тому же следует посмотреть ДШ, возможно STMF4xx имеет лучшие характеристики и полную пиновую совместимость.
Применительно к этой конструкция можно было бы попробовать применить реальное двухполярное питание аналоговой части, например +/-3в и оцифровывать. Верхнюю половину синусоиды, а не всю со средней точкой. Получится в 2 раза выше разрешение. + 1 бит
При измерении ощущается недостаток битности, проявляется это в том, что детали с параметрами при которых амплитуда на АЦП максимальная измеряются с наибольшей точностью.даже для искушенного радиолюбителя.
Для повседневной деятельности возможности этого прибора даже избыточны, сейчас в основном пользуюсь малогабаритным пинцетом от Никитоса. Хотя он не так точно измеряет, но всегда под рукой.

[balmer]

Не следует плодить сущности Мегагерц ради мегагерца? Почему не 3?

Я как разработчик VNA могу сказать, зачем нужна большая частота.
- Для измерения мелких емкостей и индуктивностей. Индуктивность меньше 1 nH не нужно измерять на частоте 100 КГц.
- При сканировании частотного диапазона можно много всего интересного узнать. Например паразитные резонансы катушки или конденсатора (это принципиально нельзя измерить на одной частоте). Очень легко так определяются параметры кварцев.
- потери в диэлектриках различаются на разных частотах.
- при измерении параметров полупроводников. Там вообще частота 1 МГц одна из стандартных частот измерения, так что вопрос, почему именно это частота не стоит.

Про недостаток битности. Перешел в новых жедезках на 24-х битную CS4272 и получаю вполне честные 18 бит сигнала
PS: Ну и еще раз на всякий случай - эту конструкцию крайне сложно дотянуть до частоты 1 МГц. I-V конвертор будет шуметь и осциллироать. Инструментальный ОУ на такой частоте - то еще извращение.

[Alex2]

Зачем нужно высокая частота я в общих чертах представляю
Кроме того RLC и VNA - несного разные приборы.
Этим прибором исследовал индуктивности с целью подбора феррита для индукционного нагревателя. ВЧ феррит не изменял показаний индуктивности при 10 и 180кГц, низкочастотный давал сильное уменьшение индуктивности на 180кГц. Так же можно проверять и промышленные дросселя.
18 бит - круто! :

[balmer]

Кроме того RLC и VNA - несного разные приборы.

Давай сойдемся на том, что однопортовый VNA не отличается от RLC измерителя

[Hagan]

Физикам необходимо изучать свойства материалов, чаще всего напылённых структур, при разных температурах, при разном напряжении, поле, частоте, освещении, механических деформациях (бывают и образцы, чувствительные к чириканью воробьёв за окном!!!) и прочем.
Советские печи мной модернизированы, температуру можно предустанавливать и поддерживать на заданном уровне или по программируемому закону. Авр-ки позволяют это.
С напряжением подпорки вообще проблем нет, особенно учитывая, что точность 1% - это даже избыточно)
На очереди частота. Точнее зависимость параметров от частоты.

Касательно ЦАП на счётчиках - современные микросхемы вполне работоспособны до частоты 70-80 мгц, синус в 1 мгц вполне вменяемый можно получить, плюс фильтры, плюс АРУ. А главное - всё это уже проходил ранее.
Впрочем, если будут проблемы, то можно пойти и указанным вами путём - смеситель, СД, а то и ФАПЧ. Это тоже проходилось когда-то, параллельно ведь каждый из нас, из СССР, был радиолюбителем.)
В общем, поглядим...

[balmer]

синус в 1 мгц вполне вменяемый можно получить, плюс фильтры, плюс АРУ

Для такого можно купить AD9833 и кварцевый генератор на 25 МГц. Будет качественный сигнал до 5 МГц.

Чуть подороже AD9850. Тут уже если поставить фильтр, который режет частоты выше 10 МГц, то сигнал в районе 1 МГц будет не только идеально синусоидальным, но и постоянной амплитуды (с точностью до десятых долей процента) не зависящий от частоты. 600 руб за модуль стоит, вполне недорого.