Котов с Новым годом!

В копилку схемотехнического опыта.
Несколько страниц назад (которые, к слову, я искал целых два вечера) уважаемый adver запостил описание и фотографию прототипа 10 вольтового ИОН на базе LM399 и PWM делителя, заменяющего труднодоступные и дорогие прецизионные резисторы:
viewtopic.php?p=3112844#p3112844
viewtopic.php?p=3113890#p3113890
Честно скажу, зная, как устроены промышленные программируемые калибраторы и меры с PWM, я поначалу скептически отнёсся к такой идее. Равно как и к попыткам на любительском уровне повторить подобные конструкции. Для оценки масштаба и трудоёмкости приведу пару фотографий с родственного ресурса. Это всего лишь однозначные меры с номиналом 10 В:



Однако, после новогоднего тестирования разработанной adver конструкции ИОН от моего скептического настроя не осталось и следа. ИОН работает, и не просто работает, а обеспечивает превосходные параметры.

Принципиальная схема аналоговой части ИОН



В схеме ИОН всего один резистор, который можно назвать прецизионным - это балластный R2. Но его допуск роли абсолютно не играет, а вклад его ТКС примерно в 4700-14000 раз меньше, чем температурный коэффициент LM399. Резистор R9 100 Ом изолирует выход ОУ от ёмкостной нагрузки (C5, C16). R1 обеспечивает начальное смещение ОУ и надёжный запуск ИОН в случае, если ОУ подвержен инверсии фазы.
Выбор ОУ U2 чрезвычайно широк, однако следует принимать в расчёт большой суммарный номинал резисторов ФНЧ в цепи ООС (300 кОм) в сочетании с входным током смещения ОУ и его температурной зависимостью.
Ключ U1 - наиболее критичный компонент, должен быть из группы прецизионных, с малыми Ron, временем переключения, инъекцией заряда и разумеется поддерживать режим Break-before-make.

Внешний вид и компоновка ИОН



Крошечный, приятного вида корпус наполовину пуст. В топологии печатной платы предусмотрены меры против многих подводных камней, стоящих на пути ppm-ной стабильности ИОН: вырезы в плате вокруг LM399 для снижения мощности, рассеиваемой подогревателем, защитное кольцо вокруг пути сигнала ООС и неинвертирующего входа ОУ, раздельные пути прямых и возвратных токов аналоговой и цифровой части и т.д.

Результаты тестирования

1) Выход на рабочий режим после холодного старта.
Стационарный режим устанавливается уже через 30 минут после запуска. Нестабильность за 15 часов не более 1 ppm. Однако обращает на себя внимание подозрительный размах напряжения шума (для сравнения приведён график напряжения ИОН на базе LTZ1000).



2) Температурный коэффициент выходного напряжения ИОН.
ТКН от -0,2 до -0,8 ppm/C в диапазоне от 33 до 50 градусов Цельсия - результат, превосходящий все мои ожидания



3) Выходное сопротивление ИОН.
0,1 Ом - вполне достаточно, чтобы забыть о том, какое входное сопротивление у вашего мультиметра.



4) Нестабильность при изменении напряжения питания.
-14.6 ppm/В - величина чувствительная, хотя и сопоставимая с соответствующей характеристикой многих интегральных ИОН. Так что питание лучше предусмотреть стабилизированное.



5) Переходная характеристика при изменении нагрузки ИОН.
Выброс почти на 1% от номинала вполне предсказуем, т.к. ИОН не буферированный. Не помешает в дальнейшем дополнить его выходным каскадом с повторителем на ОУ.



6) Размах напряжения шума в диапазоне 0,1-10 Гц.
2 мкВ п-п - превосходный результат, если бы не аномальные всплески до 5-6 мкВ.



7) Краткосрочная нестабильность.
Вот теперь всё становится на свои места. Всплески - это всего лишь проявление "взрывной" компоненты шума LM399.

Судя по графикам, ТКН получился с достаточно линейной зависимостью от температуры. А в силу того, что делителем управляет МК, тут же просится к этому МК прикрутить термометр и скорректировать ТКН.
Подводные камни тут есть - те же шумы термометра, но математическая обработка может творить чудеса.

PCBWay - всего $5 за 10 печатных плат, первый заказ для новых клиентов БЕСПЛАТЕН

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Онлайн просмотровщик Gerber-файлов от PCBWay + Услуги 3D печати

Приехали детальки для второго ИОН, разработки adver'а viewtopic.php?p=3112844#p3112844
ИОН заработал сразу, но я взял на себя смелость чуть его изменить:
1. Выбросил стартовый резистор 200 кОм. В 3 раза улучшился Line Regulation (до 4 ppm/В).
2. Подобрал таки LM399 без взрывного шума и с ТКН -0,1 ppm/С.
3. Все резисторы на плате ширпотребные, то ли 5%, то ли 1%-ные, купленные 10 лет назад в сельпо
4. Добавил две кнопки и переработал прошивку так, чтобы можно было реальном времени регулировать выходное напряжение с шагом 2-3 мкВ и запоминать настройку в EEPROM.

Схема:


Ключ на старт:


В общем, всем "котам" рекомендую

Организация питания на основе надежных литиевых аккумуляторов EVE и микросхем азиатского производства

Качественное и безопасное устройство, работающее от аккумулятора, должно учитывать его физические и химические свойства, профили заряда и разряда, их изменение во времени и под влиянием различных условий, таких как температура и ток нагрузки. Мы расскажем о литий-ионных аккумуляторных батареях EVE и нескольких решениях от различных китайских компаний, рекомендуемых для разработок приложений с использованием этих АКБ. Представленные в статье китайские аналоги помогут заменить продукцию западных брендов с оптимизацией цены без потери качества.

Подробнее>>

К сожалению не знаю языков высокого уровня.
Подскажите, какая частота ШИМ , и сколько по времени занимает один цикл?
Если ШИМ будет прядка 40кГц, насколько можно снизить 300к в ООС, и тем самым оправдать применение OP27?

Новый аккумулятор EVE серии PLM для GSM-трекеров, работающих в жёстких условиях (до -40°С)

Компания EVE выпустила новый аккумулятор серии PLM, сочетающий в себе высокую безопасность, длительный срок службы, широкий температурный диапазон и высокую токоотдачу даже при отрицательной температуре. Эти аккумуляторы поддерживают заряд при температуре от -40/-20°С (сниженным значением тока), безопасны (не воспламеняются и не взрываются) при механическом повреждении (протыкание и сдавливание), устойчивы к вибрации. Они могут применяться как для автотранспорта (трекеры, маячки, сигнализация), так и для промышленных устройств мониторинга, IoT-устройств.

Подробнее>>

Коты облизываются... А самые наглые коты ищут глазами, где бы гербер для заказа платы у китайских братьев добыть.

Было бы интересно заодно узнать что продали мне другие китайские братья под видом 5962-8856101XA (типа авиа/космическая версия 199). Было куплено 2 шт по линку с 12 поста вот этой ветки

https://www.eevblog.com/forum/metrology ... ent/?nowap

Там же в постах 20 и 22 показано что вроде как фейк - но я увидел слишком поздно, да и доехали они до меня в жутком виде, с ногами торчащими наружу из закрытого пакета и гнутыми.

Широкополосный OP27 применять вовсе не обязательно, а ультрапрецизионный AD8765 тем более. Даже наоборот, нежелательно, т.к. они имеют достаточно большой ток смещения, а суммарное сопротивление резисторов фильтра составляет 300 кОм. Я бы рекомендовал прецизионный ОУ с малым Ib, например, OP97. А вообще, бюджетирование составляющих погрешности никто не отменял.

Контроллер имеет тактовую частоту 20 МГц. ШИМ тактируется через предварительный делитель на 8. Отсюда частота ШИМ 20000000/8/256=9767 Гц.

Перед компиляцией прошивки необходимо задать начальное значение переменной [Value], определяемое исходя из требуемого выходного напряжении ИОН (10 В) и измеренного напряжения LM399. Величина [Value] по сути это содержимое OCR0A - регистра переполнения программного интегратора ШИМ в микроконтроллере. Регистр 8-битный, но [Value] имеет формат с фиксированной точкой 8.14, т.е. к целой части (8 бит) в ней добавляется дробная часть (14 бит).
Расчётная формула для переменной Value = (U_LM399/U_ИОН)*4194304,
где U_ИОН - выходное напряжение ИОН, равное 10 В;
U_LM399 - падение напряжения на стабилитроне LM399 при рабочей температуре и рабочем токе (т.е. с таким балластным резистором, который будет запаян на плату ИОН).
Результат расчёта вписывается в двух местах: как инициализатор для переменной [Value], и как значение переменной CFG_CAL_VALUE в EEPROM. При обычном старте ИОН CFG_CAL_VALUE загружается в переменную [Value] из EEPROM. В процессе работы [Value] можно изменять нажатием кнопок Up/Down. При этом происходит пересчёт параметров MASH модулятора и устанавливается новое значения напряжения на выходе ИОН. По синхронному нажатию Up+Down текущее значение переменной [Value] заносится обратно в CFG_CAL_VALUE в EEPROM. Таким образом, при следующем старте ИОН автоматически установится "сохранённое" пользователем выходное напряжение. Однако в любой момент можно вернуться к начальному напряжению, которое было задано при изготовлении и прошивке ИОН. Для этого достаточно включить ИОН с нажатыми кнопками Up+Down и через секунду отпустить их. При таком запуске не происходит считывания конфигурации из EEPROM, а значение переменной [Value] будет определяться инициализатором.
К слову, используя расчётную формулу вряд ли можно сразу попасть в требуемый интервал выходного напряжения ИОН. Наверняка потребуется несколько корректировок и перепрошивок.

По поводу печатной платы. Я получил плату уже готовой, как подарок от автора. Мне самому так качественно PCB не изготовить, а чтобы заказывать на стороне, нужно согласие автора на публикацию проекта или хотя бы герберов.
Вообще, когда я на днях выложил на китайском bbs.38hot форуме фотографии нескольких обсуждавшихся здесь моих поделок, вместо конструктивной критики получил оплеуху. Если верить переводчику-гугл, всё обсуждение свелось к вопросам: почему мои платы выглядят так, словно их паяли ржавым гвоздём в сарае, и почему так трудно было заказать изготовление плат, если сейчас это можно сделать в каждом газетном киоске за полчаса.

Спасибо за подсказку.



Тут и стабильность кварца влияет, чем выше частота ШИМ, тем сильнее. Так что Вы правы, нужно все посчитать и определиться с компромиссами.
Делаю макет на PIC12F629. Программа в симуляторе работает, до платы еще дело не дошло.
Я новичок в этом деле.

Это у них может быть можно сделать все в киоске за полчаса и за копейки, а у нас - "жилище индейцев". Почему народ и самостоятельно экспериментирует с разными технологиями изготовления ПП, потому что идиотское отношение к радиолюбительскому творчеству в целом по стране. Конечно можно сделать хорошую ПП, заказать ее, но времени уйдет тьма и цена пары-тройки платок будет невкусной.

Ну у них оно примерно так и есть. Насчет полчаса конечно это утрированно, но последний заказ на JLCPCB занял 1 минуту на заполнение формы и загрузку гербера и стоил $2 плюс около $10 за доставку (в Россию почтой) за 10 2-сторонних плат размером примерно 75 на 75 мм (без затей, с металлизацией и HAL). Заказ серийного количества будет стоить непропорционально дороже - это для прототипов размером до 10 на 10 см у них такая спецхалява на кол-во 10 штук. Через 22 часа после заказа платы были переданы на отправку, еще через полдня появился трекинг.

Михаил
Я бы задал им встречный вопрос - почему в магазине
продаётся за ДЕНЬГИ их продукция и "выглядят так, словно их паяли ржавым гвоздём в сарае"

Там же "мульён" фирмочек занимающихся накладыванием деталек на плату.
Всё это крутится вокруг какого нибудь крупного производителя и используются все отходы
и неликвиды.

А я бы вообще не обращал внимания.
"Собака лает - караван идёт"
Кому надо, тому и ржавым гвоздём на зажигалке, при свечке, в грязном сарае - будет интересно паять.
Конечно, на красиво выглядещее изделие и посмотреть приятно, но первично всё таки интерес к нему и его функциональность.
А у Михаила - всё в порядке и с эстетической стороной, и с функционалом. Пытаюсь на него ровняться

Имхо...

Михаил - успехов!

10х10 см тоже можно панелизировать

Не у всех производителей, кто берет в производство прототипы. Кто то запрещает любые методы отделения плат от заготовки кроме маркировки реза на шелкографии (при этом иногда по нему сами скрейбируют даже без просьбы), кто то не против фрезеровку делать. Надо читать FAQ конкретной фирмочки - их много разных...

Добавлено after 7 hours 36 minutes 42 seconds:


У меня уже крутится в голове идея поставить 20-ногий STM32L0 вместо атмеля (у меня уже JLink прописался на столе, и даже там где справились бы пики я часто кортекс леплю, ибо по деньгам разницы нет, а мне удобнее с одной привычной отладочной обвязкой), навесить датчик температуры (или как сделано на нековской плате GPSDO около OCXO - два с разных сторон) и прикрутить еще "телеметрию" на ток нагревателя и напряжение питания входное - и чтобы по RS232 можно было калибровать потом и таблицу термокоррекции прописывать. EEPROM внешний тоже не жалко воткнуть - от утилизации сотовых горсть разных валяется ужо.

Да, в качестве буфера на выход тот же OP27 пойдет, или что то другое будет оптимальнее?

Всё верно. Но если найти нужную фирмочку – жизнь станет чуточку проще.

Спасибо, уже зарегистрировался, очень много всяких поделок

trengtor
жизнь станет чуточку проще

Для одной платы - не понятно зачем это нужно.
Плату всё равно самому "рисовать",ждать пока её вытравят и покроют маской,да ещё почта сколько
времени.За это время забудешь что хотел сделать и переключишься на что-то другое.
Маска для любительских поделок,тоже сомнительна,хотя не сложно делается и "на кухне".
Эсли только многослойную да и спецособенности если нужы,то не каждый "ларёк" это дерает.

otus, тем не менее, облегчает. Впихнуть в 10х10 см 2-3-4 мелких проекта можно запросто.

Заказывать платы на стадии разработки, могут позволить себе только аристократы https://youtu.be/2Ssg05oFCbk?t=5m57s.
Парадокс, но на китайском форуме потрачено на поиски меньше времени, чем здесь в теме
Но и тут все же нашел схему проекта с AD5791.
Mickle, будет ли продолжение проекта на AD5791 и новым ИОН?
ссылка на страницу с пректом

Ну, блин, не угодишь. Как только выяснилось, что и в России не такой уж "фигвам" с заказом плат - началось в стиле басни "Лиса и виноград".

Думаете что живущим в каком нибудь Урумчи сильно проще, чем нам, в смысле доставки плат? Основные производства на которых и делаются почти все дешевые варианты находятся далеко на юге, где нибудь в окрестностях Гуанчжоу или Шеньжене... А уж гербер - это задача разработчика по любому. Сервис заказа плат с разводкой (и устранением очевидных косяков на схеме) будет даже не золотым, а бриллиантовым, по цене.

Без маски многие вещи паять ну очень неудобно. Припой тянется куда не надо... Соплю просмотреть около чипа с мелким шагом - как делать нефиг. А QFN с пятаком теплоотвода под брюхом - целая история и напаять, и охладить на плате без металлизации.

Многослои делает каждый "ларек" нынче. Если не делает сам - с удовольствием разместит твой заказ у друзей-конкурентов.

Вот на СВЧ ламинатах платы - тут опаньки. "Не прячьте ваши денежки по банкам и углам"... Если есть свой материал (правильно хранившийся - без повреждений) - может оказаться проще в Зеленограде договориться со своим материалом заказ сделать.

Немного ближе к теме... Может кто подскажет, что за ИОН в вольтметре В7-34 стоит? Оно стоит того, чтобы спасать его блоком из "приговоренного" прибора, или может стабилитрон один "спасать" а остальное если делать то по уму (в свете меры с ШИМ делителем, которая обсуждалась чуть выше, на случай если поддельные LM199 окажутся совсем помоями)?
И по микропроволочным делителям, что в нем стоят - какой точности там стоит ждать?