RLC Meter, аналоговая часть

[balmer]

А меж тем дискуссия выше натолкнула меня на вариант как переделать калибрацию. Смысл в том, что амплитуда DAC сокращается при делении ZV/ZI поэтому например на резисторе 1 КОм можно калибровать разные коэффициэнты усиления, изменяя амплитуду DAC сигнала. Сегодня вечером попробовал, результаты радуют. Но пока рано еще говорить, надо таки переделать все и потестировать.

[TIGR]

balmer
Респект

[balmer]

На частоте 100кгц и выше измерять подобные резисторы не совсем корректно. В промышленных приборах подобного класса дают 3-5%.

Все не так уж и плохо. Входная емкость прибора порядка 3 pF (это вместе с щупами). На частоте 185 КГц это дает нам сопротивление Rre= 383316, Rim= -391654 на открытых щупах (это без коррекции всякой). На таком фоне вполне еще измеряется 1 МОм.

Выше 100КГц вы используете 100кОм резистор в I-U преобразователе?

Да, именно 100 КОм.
Вот несколько графиков без коррекции.

Открытые щупы:


1 МОм:


100 КОм:


Видно что графики слабозашумленные.
Поэтому таки 1 МОм на частоте 100 КГц определяется с ошибкой порядка 1%, что как по мне вполне прилично

[TIGR]

Даем сравнение с взрослыми приборами

[bob1]

Да, именно 100 КОм.

Для интереса попробуйте выше 10кГц не включать 100кОм резистор. Остановитесь на 10к,а на 1кОм без переключений можно попробовать и до 300кГц. Высокие активные импедансы измерять незачем на данных частотах, а крутить фазу I-U преобразователь будет меньше.
По схеме: зачем сделаны на канал 2 опоры 2,5В и 2,2В . Может сделать одну 2,2В.!!?? Вариант с опорой 1,5В для mcp6s21 и полным размахом 0..3В перед ацп не пробовали?
Успехов!!

[balmer]

По схеме: зачем сделаны на канал 2 опоры 2,5В и 2,2В.

Кстати да, схема немного устарела. Теперь там 2.5В опорного на каждый ОУ.

Причина отдельного питания для дифференциального умилителя и PGA усилителя связанна с тем, что PGA очень сильно влияет на виртуальную землю. Внутри Vref пин подключен к земле через резистор 5 КОм примерно. Мне даже пришлось конденсаторы в "snubber network" увеличить, иначе получались совсем неприличные колебания по виртуальной земле, почти самовозбуждение.

Маленькое сопротивление внутрь PGA не зря вставили, а чтобы на высоких частотах усиление не сильно плавало из-за паразитных емкостей.
По этому поводу график измерения резистора 1 КОм на опорном резисторе 100 Ом
Это нужно, чтобы включился большой коэффициэнт усиления в PGA (в одном из каналов)


Для сравнения 100 Ом:

Тут у PGA одинаковые коэффициэнты усиления, поэтому нелинейность характеристик компенсируется при делении ZV/ZI .

[balmer]

А я бы еще поставил буфферы после RC фильтров перед входaми ADC, поскольку резисторы с конденсаторами там точности не прибавляют.

Это не так страшно как кажется. Резистор с конденсатором конечно-же изменяют амплитуду. Но делают это практически одинаково для разных каналов. Поэтому при делении ZV/ZI - этот источник ошибок практически полностью сокращается. Остальное - забота калибровки.

И я не уверен, что при измерении резисторов, различающихся в 10 раз, надо переключать усиление PGA, поскольку ошибка может быть значительно выше весьма небольшой нелинейности ADC.

Да, ошибка весьма значительна. Причем тут сразу две причины.
- неточность коэффициента усиления. У меня две разные PGA имеют разницу усиления на 0.2% на низких частотах при КУ=10.
но это, легко калибруется.
- изменение коэффициента усиления в зависимости от частоты
вот это реально проблема. Причем амплитудные искажения легко устраняются. Фазовые искажения - вот моя головная боль. Из-за них получается дополнительный 1% ошибки при неудачном стечении обстоятельств.

[Леонид Иванович]

Если два входа подключаются через мультиплексор к одному АЦП, то наличие на входе RC-цепочек может привести к взаимному влиянию каналов.

[balmer]

Использую ADC3 ADC4 в Dual Mode. Для подключения использую PB1 PE14 пины. Пины выбирал из списка "быстрых", на которых ADC умеет работать на максимальной частоте. Вроде никакого заметного проникновения каналов не заметил. К ним подключены емкости по 330 pF от RC цепочки.

Кстати в самых первых экспериментах подключал напрямую DAC к ADC. Вот там на неподключенных пинах можно было отлично разглядеть синусоиду.

[Леонид Иванович]

А резисторы, как на схеме аналога, 1.2 кОм? В принципе, вполне адекватные номиналы. Чтобы ошибка не превышала 1/2 LSB, при 1.2 кОм и 330 пФ согласно расчетам время выборки АЦП должно быть не менее 3.5 мкс.

[balmer]

Что-то мне эти расчеты очень напоминают частоту среза RC цепочки. Нет, у меня 3 MSPS, то есть 0.3 мс. Ради интереса можно будет перепаять резисторы на 120 Ом и глянуть, не уменьшится ли амплитуда помех.

Кстати, вот почему не надо в Rail-to-Rail область заходить.
Хорошо видна ступенька на 2100 :

[alexf58]

Удивительного мало: в R-to-R стоят параллельно на входе транзисторы другой структуры и включаются в работу при приближении к тому R, где основные запираются. Понятно, что при переходе искажения будут. Поэтому я так агитирую за двухполярное питание. Кроме того, подняв уровень сигнала, улучшим сигнал/шум.

[Леонид Иванович]

Что-то мне эти расчеты очень напоминают частоту среза RC цепочки. Нет, у меня 3 MSPS, то есть 0.3 мс.

В расчетах фигурирует время выборки, а не период дискретизации. Раз у Вас такая высокая частота дискретизации, то явно постоянную времени нужно делать меньше. Только на уровне помех это вряд ли отразится, с этой постоянной времени связана систематическая ошибка (но она убирается калибровкой) и проникновение между каналами. Но попробовать уменьшить резистор до 100 Ом можно было бы. Для внешних АЦП подобной разрядности и скорости в datasheets рекомендуют десятки Ом с выхода ОУ и несколько сот пФ на землю со входа.

[balmer]

Только на уровне помех это вряд ли отразится, с этой постоянной времени связана систематическая ошибка (но она убирается калибровкой) и проникновение между каналами.

Может отразиться. Дело в том, что у меня достаточно высокий уровень помех на входе ADC. Примерно +-6 LSB. Основную причину помех знаю - это соединение цифровой и аналоговой платы в одной точке, причем стоящей в противоположной части платы от ADC выходов. Напаяю сегодня вечером несколько проводков, чтобы землю соединить. Должно помочь.

Но тут вдруг подумал - а может у меня есть проникновение каналов таки? Вывод делаю из такого поведения схемы. Когда амплитуда сигнала на одном из каналов маленькая, а на другом высокая, то есть дополнительная ошибка фазы примерно на 0.1-0.2 градуса (на частоте 5 КГц). Причем она не зависит от количества сэмплов. Если был-бы шум - то при большем количестве сэмплов он-бы нивелировался.

Удивительного мало: в R-to-R

Это оно визуально мало, а 1% искажений добавляет. Причем плохих искажений, которые зависят от амплитуды и OpenSortLoad калибровкой не убираются.

[alexf58]

Я не сказал что искажений мало, а сказал что нечему удивляться, зная как устроены R-R операционники.

[Леонид Иванович]

соединение цифровой и аналоговой платы

Лучше всего сделать аналоговую землю в виде "отростка", который начинается на ножке процессора VSSA и проходит затем последовательно по всей аналоговой части от выхода к входу.

Но тут вдруг подумал - а может у меня есть проникновение каналов таки?

Если проникновение из-за входной RC-цепочки АЦП, то оно будет таким же и на постоянном токе. Проверить это очень просто: вывести значения АЦП в виде цифр (или графиков), подать на усилители постоянные уровни, например, с переменных резисторов. Если менять уровень в одном канале, код во втором канале меняться не должен.

[balmer]

Заказал себе CS4272 микросхемки (это звуковой ADC/DAC 192 КГц/24 бит). Правда это для Приемника прямого преобразования. Но там есть блок, который практически в чистом виде Hi-Fi звуковая карта двухканальная, а блок управления на STM32F4. Чувствую не удержусь, и попробую такую железку как RLC измеритель

[alexf58]

Прямого преобразования, а не усиления. Но больше SDR: software defined radio.

[balmer]

Угу, думаю одно, пишу другое.

[balmer]

Уменьшение сопротивления в RC цепочках с 1.2 КОм до 120 Ом кстати помогло.
Улучшилась точность амплитуды на частотах, где включается 3 MSPS.

Раньше у меня резистор 200 Ом 0.1% определялся с точностью +-1.5% во всем диапазоне частот.
Теперь же вот такой график:


Практически идеально ровная линия во всем диапазоне частот!
Даже учитывая пик в центре, точность получается 0.3%