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一步一步DIY6位半万用表

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出0入0汤圆

发表于 2011-8-10 14:00:47 | 显示全部楼层 |阅读模式
关注6位半万用表已经大半年的时间了,期间查看了非常多的资料,真的很想动手做一台6位半的万用表。个人认为6位半万用表有几个关键技术:
(1)A/D转换技术。 HP(安捷伦)的高精度万用表A/D采样是采用多斜积分-电容充放电的技术实现的,对于多斜积分的理论及控制难度比较大,对积分电容要求较高,比如聚四氟乙烯电容或者聚苯乙烯电容。ISL7135 芯片就是利用了双斜积分技术实现的。最近比较火的是利用低分辨力、高速A/D采用过采样技术,实现高分辨力的,做的比较好的是NI。
(2)微小信号放大。将uV级甚至是NV级的信号不失真的放大,难度很大。
(3)温漂的问题。怎么降低温漂?怎样维持长时间的精度稳定性?
(4)校准的问题。
(5)成本。使用精密电阻、精密运放固然很好,高额的成本使得DIY基本没有意义。
希望大家集思广益,一个问题一个问题的讨论解决,最终实现真正的6位半。

阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

如果想吃一顿饺子,就得从冰箱里取出肉,剁馅儿,倒面粉、揉面、醒面,擀成皮儿,下锅……
一整个繁琐流程,就是为了出锅时那一嘴滚烫流油的热饺子。

如果这个过程,禁不住饿,零食下肚了,饺子出锅时也就不香了……《非诚勿扰3》

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 17:07:57 | 显示全部楼层
6.5 位表头我有在做,虽然不是为了做万用表,楼主可以参考。

(原文件名:kt_282.jpg)


多斜积分对电容要求反而不高,但要把多斜积分做得很好确实如你所说不那么容易,当然作为学习研究的话,自己尝试从数学原理上实现多斜积分是很好的学习过程,如果只是为了实现某个目的(比如我),就不如使用现有的高位、高线性、低噪声 ADC,我用的是比较廉价的 LTC2400,用于制作 6.5 位电压表没有问题,还有更好的 ADS1282,但成本太高。

微小信号放大一般是斩波放大,难度在于 1/f 噪声,做得比较好的比如常见的吉时利,其纳伏表不便宜,这个还是不要考虑了吧?绝大多数高位表并不能很好测量微小电压,万用表的话我觉得业余条件下做好 0.1uV 灵敏度便已不错。

温度、Longterm Drift 问题,只能使用高可靠的基准,但是,通过自校准技术,还是可以省略更多的昂贵、特定元器件,尤其是高稳定电阻的成本,比如我在捣鼓的自校准系统,


(原文件名:PICT5690.jpg)


目标就是省略基准部分之外的高稳定电阻成本,因此除了基准(暂时用 LM399 代替)部分使用了三个 PTF56/RLR7C 电阻之外,都是很普通的色环电阻。

(原文件名:PICT5694.jpg)

同样精密运放也可以通过自动调零、自校准技术省略掉不少,我这里只用了 OP177,OP07 这两种运放。当然如果需要更高输入阻抗有的特定器件就比较难省略掉了,你要做万用表就必须考虑大阻值电阻测试的问题,这个问题很棘手。

基本上,如果不是出于学习研究目的或其它特定目的(比如我,纯粹好玩),DIY 一台 6.5 位万用表的成本,我想比商品万用表不会有优势,否则必须在性能上做出妥协。至少校准仪器和标准你就无法搞定。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 17:10:53 | 显示全部楼层
高,真的是高精度

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 17:28:37 | 显示全部楼层
一楼高人。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 17:43:01 | 显示全部楼层
回复【1楼】lilith  
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LTC2400 这个IC的价格还可以,很值得动手做个。
这两天俺也打算买个玩呢,只是没想好用啥基准电压源。

出0入4汤圆

发表于 2011-8-15 17:43:43 | 显示全部楼层
真是高精度

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 18:00:05 | 显示全部楼层
回复【4楼】huayuliang 花生
回复【1楼】lilith   
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ltc2400 这个ic的价格还可以,很值得动手做个。
这两天俺也打算买个玩呢,只是没想好用啥基准电压源。
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我用的是 MAX6350,因为 5V 基准(2400 最高接受的基准电压)中,好像没有比这个更好的了。深埋型(甚至恒温)基准,一般变压比较高,无法直接用于 2400,如果经过电阻分压,性能就受限于分压电阻了,当然可以通过自校准技术部分解决问题,但这样深埋(恒温)基准的使用意义就没有了。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 18:10:51 | 显示全部楼层
1楼的丝印!!!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 18:22:49 | 显示全部楼层
厉害

出0入85汤圆

发表于 2011-8-15 18:39:10 | 显示全部楼层
要搞一个电压采集系统测量0~47mV的直流电压信号,精度要求1uV.难度比较大

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 18:57:07 | 显示全部楼层
回复【6楼】lilith  
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MAX6350 啥价? LT的有没有合适的呢?

又,官方的 demo board 上用的是 LT1236ACS8-5

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 19:12:11 | 显示全部楼层
6楼LILITH所言正是,6位半的基准用MAX6325和MAX6350是最好的选择,用LM399和LTZ1000这类东西必须分压得到基准电压,而性能最综决定于分压电阻了,最后得到的基准电压性能反而不及MAX6325和MAX6350,至于MAX6325和MAX6350的长稳,我认为唯一的出路是自校准。对于现代的单片机技术,这点运算算不了什么了。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 19:14:09 | 显示全部楼层
1楼很高。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 19:30:47 | 显示全部楼层
吓到了……这么高精度!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 21:21:08 | 显示全部楼层
remind

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 21:25:34 | 显示全部楼层
厉害!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 21:26:41 | 显示全部楼层
用高性能的运放  如opa277/opa4277(精度高,失调电压只有10uV,零售价格相对便宜我买的不到十元)
    ULTRA LOW OFFSET VOLTAGE: 10µV
    ULTRA LOW DRIFT: ±0.1µV/°C
    HIGH OPEN-LOOP GAIN: 134dB
    HIGH COMMON-MODE REJECTION: 140dB
    HIGH POWER SUPPLY REJECTION: 130dB
    LOW BIAS CURRENT: 1nA max
    WIDE SUPPLY RANGE: ±2V to ±18V
    LOW QUIESCENT CURRENT: 800µA/amp
    SINGLE, DUAL, AND QUAD VERSIONS
    REPLACES OP-07, OP-77, OP-177
Input Voltage Noise Density 8-12nV/√Hz

用金属膜电阻

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 21:36:04 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 22:00:40 | 显示全部楼层
看看。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-15 22:12:45 | 显示全部楼层
强帖留名~~~

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 10:25:05 | 显示全部楼层
回复【10楼】huayuliang 花生
回复【6楼】lilith   
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max6350 啥价? lt的有没有合适的呢?
又,官方的 demo board 上用的是 lt1236acs8-5
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MAX6350 的价格较高,官方批发价是 6.7 美元(1000p),对比 LT1236 的官方 1p 零售价才 2.5 美元,真的差很远,因为我是个人业余做来玩玩的,就着手头上的样片,6350 是直插的比价好用,1236 是贴片的不好用,所以用 6350 方便调试嘛。

我没有对 LT1236 进行过长期测试,因为是贴片的不方便,有爱好者用 1271(1281?)长期测试了 LT1236 和 MAX6350,据说 1236 有时会发飙。LTC6655 据说是更好的基准(在 LT),温度系数低,噪声小。



回复【11楼】jj3055
6楼lilith所言正是,6位半的基准用max6325和max6350是最好的选择,用lm399和ltz1000这类东西必须分压得到基准电压,而性能最综决定于分压电阻了,最后得到的基准电压性能反而不及max6325和max6350,至于max6325和max6350的长稳,我认为唯一的出路是自校准。对于现代的单片机技术,这点运算算不了什么了。

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有趣的是,GMC 的 MetraHit 30M,世界上唯一一款商品手持 6 位半万用表,用的就是 LT1236-10V 基准,宣称的年准确度指标和安捷伦的 34401A 半斤八两,你信不信?反正我是信了



题外话,LT 有很多文献,对其元件做了添油加醋的宣传,比如下面这个:

(原文件名:kt_934.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 10:32:48 | 显示全部楼层
回复【16楼】ssaweee
用高性能的运放  如opa277/opa4277(精度高,失调电压只有10uv,零售价格相对便宜我买的不到十元)
    ultra low offset voltage: 10µv
    ultra low drift: ±0.1µv/°c
    high open-loop gain: 134db
    high common-mode rejection: 140db
    high power supply rejection: 130db
    low bias current: 1na max
    wide supply range: ±2v to ±18v
    low quiescent current: 800µa/amp
    single, dual, and quad versions
    replaces op-07, o......
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opa4277不到10元?
当年买的,一直没用……亏大了。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 10:55:20 | 显示全部楼层
回复【21楼】dreamyou  
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恩,我买5个,一个价格9元
说这个芯片出货量比较大。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 10:55:33 | 显示全部楼层
回复【16楼】ssaweee
用高性能的运放  如opa277/opa4277(精度高,失调电压只有10uv,零售价格相对便宜我买的不到十元)
。。。。。。。
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我对元件选型不熟悉,OP177、OP07 是常见的运放,售价低,且在本地容易买到啦。自校准技术可以在很大程度上消除运放失调误差和增益误差,所以要求其实是不高的。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 11:08:45 | 显示全部楼层
回复【23楼】lilith  
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你第2条不是说“(2)微小信号放大。将uV级甚至是NV级的信号不失真的放大,难度很大。 ”

针对你这条说的

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 11:36:28 | 显示全部楼层
回复【24楼】ssaweee
回复【23楼】lilith   
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你第2条不是说“(2)微小信号放大。将uv级甚至是nv级的信号不失真的放大,难度很大。 ”
针对你这条说的
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这个是楼主说的,我直接回避了这个问题 :D 做到纳伏了的话,相对于增益误差的非线性(我觉得楼主应该是指这个意思),1/f 噪声问题更加显著,我觉得是这样的,所以干脆选择了回避这个问题。

出0入618汤圆

发表于 2011-8-16 12:25:53 | 显示全部楼层
软件校正后的无失码分辨率应该要下降一个数量级吧?

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 12:45:10 | 显示全部楼层
是否可以使用那种零漂移的运放?

不知道这些零漂移的运放都是啥技术的,斩波型的谁用过?

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 12:47:42 | 显示全部楼层
请问 lilith 有做可以测量6位半的直流电压/电流表的制作资料么?

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 13:00:48 | 显示全部楼层
回复【26楼】gzhuli 咕唧霖
软件校正后的无失码分辨率应该要下降一个数量级吧?
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2400 是 24 位、无失码(实际上有 28 位数据),一个超量程位,一个符号位(因此数据位一共 30 bit),因此满度为 1.6,777,216,软件校准后,以 Selfcal 实时输出 6.5 Digit 结果,是没有问题的 :)


回复【27楼】huayuliang 花生
是否可以使用那种零漂移的运放?
不知道这些零漂移的运放都是啥技术的,斩波型的谁用过?
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将运放的失调用模拟开关存储到一个调零点容里,然后再扣除?我也不是很清楚,这一点还希望熟悉的大大予以解释...

回复【28楼】90999 张耀扬
请问 lilith 有做可以测量6位半的直流电压/电流表的制作资料么?
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没有哦,能够参考的,只有凌特的数据手册、应用指南(这方面还是很丰富的),比如 2400 的页面上就有很多关于高位 ADC、高位表/数据采集器的制作、测试指南,低噪声纳伏放大器的指南都有的,其实楼主关于纳伏放大的问题,凌特有一个很详细的文献,只是其中的一些问题我看了一下,业余不好解决,所以决定回避这个问题。
* 凌特的应用指南 124 号文件:Nanovolt Noise Measurement for A Low Noise Voltage Reference  
http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an124f.pdf

*关于自校准,凌特的 86 号文件
http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an86f.pdf

另外其它的比如输入前端,增益、保护等,可以参考的资料有 HP 的高位表的手册,其中关于多斜积分的原理、输入前端、电流源等的解释和图纸都很详细的,比如 HP 3456、3457A 的文档都是可以参考的。

(原文件名:03457_inps.jpg)


如果只是电压表的话,实际上就是表头加上输入增益,输入增益要解决的就是将给测电压范围提供一个合适的增益,使得它在 ADC 的动态范围之内,这个是比较简单的,一些失调和增益误差可以很好地用单片机运算消除,但增益线性只能通过器件技术保证,测试也比较困难(6.5 位,测试比制作要难)。电流实际上就是用检流电阻而已,高位表也是这么做的,性能取决于检流电阻本身,无法做到很好。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 13:07:03 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-16 15:50:35 | 显示全部楼层
回复【29楼】lilith  
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http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/MAT03.pdf

第七页有个超低噪声放大器

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 11:03:46 | 显示全部楼层
今天看了大家的帖子,很感动,我现在正在出差,回去之后给大家写一个比较详细的设计思路,电路图正在修改,基本采用24位A/D+过采样的技术,尽量降低成本。
   之前采用过24位A/D做过一些项目,但是仅仅做到了20位的实际分辨率,比较遗憾,LT2400号称可以做到26位,性价比高,这个值得试验一下。
   高精度测量仪器,包括万用表,实际上是基础工业的一部分,在这方面我们国家做的还不够好,真的希望在大家的努力下即使是为了自己的技术的提高,也值得好好搞一下。8位半高精度的万用表也只有英国、美国、日本、和德国人有,这些都是经历了两次工业革_命的国家,它们的出现真的不是偶然。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 11:13:24 | 显示全部楼层
引用图片【29楼】lilith  
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(原文件名:03457_inps.jpg)

这个是哪个表的电路图?

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 11:21:40 | 显示全部楼层
mark!能做到5位半都不错啊,我们会用点儿~

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 11:53:31 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 12:18:23 | 显示全部楼层
我觉得有高精度AD的话,精度做上去不是问题,但是测量范围怎么扩大啊?

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 12:34:14 | 显示全部楼层
回复【36楼】qq635274216  老虎
我觉得有高精度ad的话,精度做上去不是问题,但是测量范围怎么扩大啊?
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当然是精密电阻分压。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 13:15:04 | 显示全部楼层
回复【32楼】yyp20034
   今天看了大家的帖子,很感动,我现在正在出差,回去之后给大家写一个比较详细的设计思路,电路图正在修改,基本采用24位a/d+过采样的技术,尽量降低成本。
   之前采用过24位a/d做过一些项目,但是仅仅做到了20位的实际分辨率,比较遗憾,lt2400号称可以做到26位,性价比高,这个值得试验一下。

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20bit 的实际分辨率已经达到 1,048,576 了呀。只是 6.5 digit 的话不需要过采样了,24bit 已经足够,且留有足够的软件纠正线性、软件校准的裕量。已经有爱好者用 LTC2440 做了成品万用表,楼主可以参考,2440 是差分且正负都达到 24bit 的,适合作为万用表使用,2400 是单端非差分的,不适合做万用表,而是用于别的场合。

(原文件名:kt_935.jpg)



如果是做万用表的话,实际上 Fluke 的 189 用的是 LTC2435,289 用的 ADC 就是 LTC2415,而 Fluke 新的在产 5 位半台表 8808A 则用的就是那个 LTC2440,并非以前 8840/8842 的糟糕技术了。既然 Fluke 敢于这么做,可见高位 ∆Σ ADC 用于制造万用表,随便是严肃的台表已经没有问题,高集成度的现成高位 ADC 可以直接使用,安捷伦的 LXI 台表比如 34410 等,用的也是类似的 Σ-∆ 技术,当然不是靠一个芯片完成,而是多个芯片、FPGA...一起完成,速度相当之快。34401A 那种多斜积分,已经逐渐不再被采用了。

就这个 2400,2440 而言,既然 Fluke 已经那么做了,那么做成 5.5 位算是已经被成熟的工业商业市场检验过毫无问题了,但用于 6.5 digit 的话,我的意思是,它可以有那么高的分辨率,尽管此时线性度和准确度不一定达到了,但依旧可以分辨被测物理量微小的变化,即灵敏度是可以达到的。

有关 2400 的灵敏度测试,我拍了一个视频纪录可以参考,源是横河可编程电源 7651,对比表是 Advantest 的 6581:
http://www.tudou.com/programs/view/axLrS1Jawvc/

2400 的线性要纠正也是不难的,我实际测试了我的验证电路,还是比较好办的:

(原文件名:kt_607.jpg)


所以我认为用 2440 制作 6.5 digit 万用表具有可行性。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 13:19:03 | 显示全部楼层
回复【34楼】embeddev
mark!能做到5位半都不错啊,我们会用点儿~
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2440 确实被用于 Fluke 8808A 中,所以 5.5 digit 绝对是没有一丁点问题的。


回复【36楼】qq635274216 老虎
我觉得有高精度ad的话,精度做上去不是问题,但是测量范围怎么扩大啊?
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测量范围扩大是功能还是量程?量程的话靠输入前置放大器的增益实现,比如下图左上角的前置放大器提供了 x0.5 的增益,如果是微小电压就用模拟开关配置为大于 1 的增益即可。

(原文件名:2400_selfcal_02.png)

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 13:26:32 | 显示全部楼层
学习了~

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 13:58:39 | 显示全部楼层
mark,24bitADC中,我个人测试了几款,CS5532最好

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 14:47:26 | 显示全部楼层

LTC2440分辨力 (原文件名:未命名.JPG)

如图,ltc2440在理论上可以达到6位半的水平

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 15:01:36 | 显示全部楼层
俺已经准备画2440的电路了,做万用表。

基准可能用得比较奢侈,不过还没想好。。
尽量都用LT的元件。

供电还是个问题。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 15:36:37 | 显示全部楼层
大家一起努力做吧!一步一步解决问题:
(1)A/D转换芯片选择LTC2440,基准源选择?注意温飘,LTC2440大概在0.2ppm
(2)前端模拟信号放大电路怎样设计?
(3)供电电源:怎样降低电源的纹波和噪声?

出675入8汤圆

发表于 2011-8-17 15:39:44 | 显示全部楼层
一楼高人。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 15:40:18 | 显示全部楼层
牛!!!!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 16:06:15 | 显示全部楼层
关注 好贴~~·

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 16:19:28 | 显示全部楼层
回复【43楼】huayuliang 花生
俺已经准备画2440的电路了,做万用表。
基准可能用得比较奢侈,不过还没想好。。
尽量都用lt的元件。
供电还是个问题。
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仅限凌特的范围,最好的基准是 LTZ1000ACH



回复【44楼】yyp20034
大家一起努力做吧!一步一步解决问题:
(1)a/d转换芯片选择ltc2440,基准源选择?注意温飘,ltc2440大概在0.2ppm
(2)前端模拟信号放大电路怎样设计?
(3)供电电源:怎样降低电源的纹波和噪声?
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1、但 LTZ1000ACH 如果拿来给 LTC2440 用是最不合适的之一,其实我觉得 LTC6655 的话可能比较合适,625nV 低噪声,Temperature Drift 是 2ppm per K,在凌特的初始化高精度电压基准中是最好的。LTZ1000ACH 本身 Temperature Drift 可以做到 0.05ppm/°C,但是它无法直接给 LTC2440 使用的,需要一个很操蛋的电路,这也是我不想用 2440 的缘故,正好我要捣鼓的东西无需差分,所以就把 2440 甩一边了 :)

2、基本上就是模拟开关 + 运放 + 网络电阻构成的程控放大,现在的运放性能都很好,其输入输出函数很理想,问题不大,尤其是有单片机介于运算的万用表,运放的失调和增益误差可以比较容易进行纠正的。问题是,如果是 6.5 位万用表,最让你头疼的就是增益电阻的稳定性,包括 Temperature Drift 和 Longterm Drift。基本上如果没有定制的元件这个问题无解...
(我捣鼓的自校准,可以在一定程度上解决这个问题,但极为有限,并且将牺牲速度和稳定度)

(原文件名:2400_selfcal_01b.png)

3、从比如 HP 3457A 等商品台表看来,只是变压器 + 简单的 7815/7915 稳压,并无特殊之处,我也是这样做的,而且和单片机之间的隔离光耦都还没用上(后期可能会用)。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 16:33:27 | 显示全部楼层
引用图片【48楼】lilith  
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(原文件名:2400_selfcal_01b.png)
这个电路中对于噪声很难有较好的抑制,并且lt5400过于昂贵,大概12美元

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 16:45:02 | 显示全部楼层
回复【48楼】lilith  
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LTZ1000,LT5400 。。。这个放弃。。

话说俺并没想达到6位半,有5位半就知足了。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 16:46:50 | 显示全部楼层
Mark!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 17:08:20 | 显示全部楼层
看看C8051F350,24位A/D.

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 17:15:51 | 显示全部楼层
回复【52楼】ordinary  
看看c8051f350,24位a/d.
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仔细业研究过了,也用过了,正如其手册上讲的,在最大极限滤波时能够达到的实际分辨率是20位,我也做到了。6位半至少需要22位的实际分辨力

出0入18汤圆

发表于 2011-8-17 17:21:59 | 显示全部楼层
强帖 留名  晚上细看

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 17:41:13 | 显示全部楼层
楼主先带领我等DIY一个不是那么牛的万用表再来6位半吧

出0入618汤圆

发表于 2011-8-17 18:06:31 | 显示全部楼层
回复【55楼】ifree64
楼主先带领我等diy一个不是那么牛的万用表再来6位半吧
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先DIY一830B如何?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 18:19:27 | 显示全部楼层
回复【55楼】ifree64  
楼主先带领我等diy一个不是那么牛的万用表再来6位半吧
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采用ISL7135芯片的 4位半的万用表比比皆是

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 19:55:02 | 显示全部楼层
回复【41楼】liurangzhou
mark,24bitadc中,我个人测试了几款,cs5532最好
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这个封装让我难对付,我并不是很熟悉器件选型,从手册上看,CS5532 确实也很好,楼主倒是可以考虑,我连手制 PCB 都苦手,SSOP 的芯片就回避了 :)



回复【55楼】ifree64
楼主先带领我等diy一个不是那么牛的万用表再来6位半吧
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4 位半或更低位的都有专用 IC 的解决方案,所谓的 DIY,不过是按照现成的图纸重复一次焊接而已。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 19:58:57 | 显示全部楼层
关注

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 20:12:02 | 显示全部楼层
回复【50楼】huayuliang 花生
回复【48楼】lilith   
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ltz1000,lt5400 。。。这个放弃。。
话说俺并没想达到6位半,有5位半就知足了。
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如果说到奢侈,那当然是 LTZ1000 了,奢侈到凌特都不舍得给样片的程度 :)

我这次向凌特申请了一些样片,包括 2400、2440,也有 1236 和 6655 这些普通的基准,甚至 LM399 也申请了,绝大多数商品 6 位半万用表都是用 LM399,你和楼主是可以考虑这个的,但我不建议,实际上的商品手持 6.5 位万用表用的正是那个 LT1236-10V。

网络电阻的话,5.5 位其实已经看的出端倪,楼主要做的 6.5 位万用表,这个没有很好的网络电阻,是比较难实现的,否则温度漂移等指标恐怕会比较糟糕。HP 从 3456A 开始就用的是自己生产的薄膜网络电阻,而 Fluke 则长期使用自制的线绕电阻,成本极高。LT5400 几乎是最容易买到且便宜的商品网络电阻,你总不能跑去找 Vishay 定制金箔电阻吧?


(原文件名:PICT5553.jpg)

btw. 可以考虑到隔壁找 jj 打劫,他有很多很多的金封金箔电阻,还有很多 LTZ1000



回复【49楼】yyp20034
引用图片【48楼】lilith   
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(原文件名:2400_selfcal_01b.png)
引用图片
这个电路中对于噪声很难有较好的抑制,并且lt5400过于昂贵,大概12美元
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得益于现代运放良好的性能,并且我使用的 2400 对较高频率的噪声不是很敏感,所以这个电路,在我要捣鼓的东西上的表现,至少不是那么糟糕的(心虚)。毕业好多年了,模电都还给老师了,你要我现在设计一个很好的低噪前置放大器,这个实在是有点...:)

LT5400 具有 0.2ppm/℃ 的匹配温度漂移,在这个价位上你要找到更合适的非定制元器件几乎不可能,就像前面说的,除非找 Vishay 去定制了。当然,如果温度漂移问题可以妥协,也可以使用其它的非定制元器件,实际上我是用的是普通金属膜电阻而已 :D

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 20:13:39 | 显示全部楼层
回复【55楼】ifree64  
楼主先带领我等diy一个不是那么牛的万用表再来6位半吧
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手里有几片7107和两片14433,玩不?

哈哈~~

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 20:33:42 | 显示全部楼层
感谢 lilith !正如你所说,在温飘这个问题上,电阻的确是非常的棘手。因为是DIY,要比较好的控制成本,这次设计打算整体温飘设想控制在10ppm,不知道自己的水平能不能做到,希望多多指正。电阻不考虑选择VISHAY或者其他电阻,包括电阻网络,尽管电阻网络的跟踪温度系数可以得到比较理想的效果,原因在于元器件采购量小,阻值多,不易采购,初步选择国产高精密金属膜电阻,之前有接触,价格还算公道 。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 20:37:12 | 显示全部楼层
回复【62楼】yyp20034  
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加个温度传感器   根据温度补偿。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 20:37:47 | 显示全部楼层
回复【60楼】lilith  
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馋~~~

手里只有些黑电阻千一的精度。+/-50ppm的温漂,头疼。。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 20:39:23 | 显示全部楼层
回复【64楼】huayuliang  花生
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我有几个vishay 5ppm的电阻,样品10元多一个。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-17 21:02:21 | 显示全部楼层
回复【63楼】ssaweee  
回复【62楼】yyp20034  
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加个温度传感器   根据温度补偿。
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呵呵,这个不是没有想过,(1)得加多高精度的温度传感器呢?假设电路在某一温度每隔一度都偏差较大,那么要是温度传感器偏差太大又有什么意义呢?(2)校准过程相当繁琐

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 21:11:48 | 显示全部楼层
回复【62楼】yyp20034
感谢 lilith !正如你所说,在温飘这个问题上,电阻的确是非常的棘手。因为是diy,要比较好的控制成本,这次设计打算整体温飘设想控制在10ppm,不知道自己的水平能不能做到,希望多多指正。电阻不考虑选择vishay或者其他电阻,包括电阻网络,尽管电阻网络的跟踪温度系数可以得到比较理想的效果,原因在于元器件采购量小,阻值多,不易采购,初步选择国产高精密金属膜电阻,之前有接触,价格还算公道 。   

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不敢,我毕业多年,模电什么的都忘记得差不多了,而且一天都未从事本行业工作,毕业即失业...指教什么的根本就谈不上,只是蛋疼,玩玩而已。我要捣鼓的东西前面的图纸可以看得出来,是一个 ADC-DAC 的闭环控制,用于在一定程度上消除温度漂移的,但十分有限,你可以用类似的方式,将某个电压和 LM399 接近的量程的温度漂移消除到接近 LM399 本身的程度,但对于其它量程或其它功能(ACV/OHM 等),依然是无效的。

其它的量程和功能,还是要靠元器件保证,这就是我根本就懒得去碰“DIY 6.5 digit 万用表”这个项目的原因(之一)了。

不过也就是因为是 DIY,其实有的时候采用比较昂贵的元器件倒还是可以的,比如 LM399、LT5400 这种特殊元器件,如果不是因为 DIY,因为申请样片,我可不舍得用,实际上到现在为止,我在实验时还没用过这些宝贵又昂贵的样片,用普通金属膜电阻代替 LT5400,LM399 则是网友赠送的拆机件,LT 的样片还在盒子里呆着,要所有验证性实验完成,进入“为期 1-2 年的仪器测试阶段”才会舍得使用的说。MAX6350 是因为可以插在插座上,我也没有可以用来代替的太多东西才慎重其事地用了那片样片的。

*除了伺候 LM399 的三个关键电阻仅仅用了 Vishay PFT56 金属膜电阻(一个,另外两个是 RLR7C),其余电阻,包括前置放大器的增益电阻也都是极为普通的国产金属膜电阻

(原文件名:DSC04076.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 21:22:12 | 显示全部楼层
回复【63楼】ssaweee
回复【62楼】yyp20034   
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加个温度传感器   根据温度补偿。
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在 6.5 digit 的尺度上,由于电压基准/参考电阻/比例电阻等器件的温度系数方向和大小不尽相同,合成的温度系数曲线极为紊乱且每一个都不尽相同,很难简单地如此消除掉,否则商品化的万用表就不必费尽心思采用一些特殊的特定元器件了。


其实在现代,借助成熟的 Σ-∆ ADC 去 DIY 一个 6.5 digit 万用表已经不难(也有爱好者做出来了),难的是你要和商品表一样的性能保证之类 :(

btw. 我刚才拍摄了经过我的那个前置放大器之后的 1V、10V 两个量程的短期表现,噪声也不是那么不能接受啦,10V 大致上是很稳定的,接近商品表;1V 略差,跳动正负 1 个字(1uV)。不小心拍摄成 1080 AVCHD 了,正在找软件看能不能压缩下然后传上来...

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 21:43:59 | 显示全部楼层
回复【68楼】lilith  
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喔,我是说在不同温度进行校准,拟合,查表,简单的在一定程度上减小误差。

器件不行就只有靠人工校正。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 21:59:30 | 显示全部楼层
mark 可能用的上

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 22:21:42 | 显示全部楼层
回复【69楼】ssaweee
回复【68楼】lilith   
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喔,我是说在不同温度进行校准,拟合,查表,简单的在一定程度上减小误差。
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就我有限地对几台商品万用表(HP 3457A 两台,Advantest 6871、6581,Solartron 7081,Datron 1081...)进行的有限测试看来,即使是同型号的表表现也大相径庭,因此如果要进行这种校准,必须对每一台表都单独进行极为苛刻和长期的测试,光是测试成本可能就十分可观。

有趣的是,我正好收藏了一台“世界上第一台 8.5 位万用表”,其制造商就仅仅只对其电压基准做了你说的温度补偿,但不仅这种制造成本可观,而且从我的测试看来,远远不如廉价的后期根本就不做这种补偿,而是靠其它技术解决问题的万用表。


(原文件名:DSC04034s.jpg)



回复【69楼】ssaweee

器件不行就只有靠人工校正。
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这种校正的前提是,其误差具有“可以无限重现的规律性”,但温度漂移会随着时间而变化,并且由于器件越多,其曲线越复杂而越难以校正。所以说,DIY 一台 6.5 digit 的表,难度尽在这种细枝末节,关键的地方反而好解决,才是最头痛的事情。其实如果这台表制造出来,只在温度和其它环境都极为稳定的实验室里使用,很多问题还真不需要考虑,然而我们个人 DIY 的东西和商品仪器的差别就在这里了,比如 HP 的一些仪器甚至会考虑在航天飞机这种极端环境(温度、振动、加速度、高度、气压,甚至电源频率也不是 50 或者 60HZ,可能高达 400HZ)下的使用,但我们连想象一下都不可能。

所以我的意见是,有的问题,其实是可以妥协或者回避的,这不是坏事 :)

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 22:24:55 | 显示全部楼层
顶一个,mark

出200入0汤圆

发表于 2011-8-17 22:38:13 | 显示全部楼层
这个要MARK

出0入0汤圆

发表于 2011-8-17 23:22:54 | 显示全部楼层
同顶!!!

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 08:39:42 | 显示全部楼层
回复【56楼】gzhuli  咕唧霖
回复【55楼】ifree64
楼主先带领我等diy一个不是那么牛的万用表再来6位半吧
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先diy一830b如何?
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从哪里开始下手呢?

回复【57楼】yyp20034  

采用isl7135芯片的 4位半的万用表比比皆是
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回复【58楼】lilith  
回复【41楼】liurangzhou
mark,24bitadc中,我个人测试了几款,cs5532最好
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这个封装让我难对付,我并不是很熟悉器件选型,从手册上看,cs5532 确实也很好,楼主倒是可以考虑,我连手制 pcb 都苦手,ssop 的芯片就回避了 :)

回复【55楼】ifree64
楼主先带领我等diy一个不是那么牛的万用表再来6位半吧
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4 位半或更低位的都有专用 ic 的解决方案,所谓的 diy,不过是按照现成的图纸重复一次焊接而已。

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可以发一个这样的现成图纸吗,我先学习下。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 09:22:35 | 显示全部楼层
严重 MARK

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-19 20:44:11 | 显示全部楼层
这几天正在外地出差,没有时间画图纸,只能等出差之后再弄了。

先把板子调完,结果出来之后再公布给大家,因为实在是难度太大,对最自己的能力不自信。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 20:57:20 | 显示全部楼层
标记一下,我现在看到什么都想自己做做。

出0入0汤圆

发表于 2011-8-19 21:09:56 | 显示全部楼层
回复【7楼】wxty 望星天涯
1楼的丝印!!!
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出0入0汤圆

发表于 2011-8-25 22:01:56 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-8-26 10:54:54 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-8-30 21:28:35 | 显示全部楼层
原理图已经基本画完了,现在有两个问题,希望得到大家的支持:
(1)电阻选型:目前暂定为 松下的0805封装 0.1%精度,温漂10ppm,在RS可以买到,就是价格高,那位大侠可以给一个比较可靠的淘宝卖家?
(2)目前印制板为4层板设计,希望提供性价比高的打样的厂家?

出0入0汤圆

发表于 2011-8-30 23:05:27 | 显示全部楼层
回复【83楼】yyp20034  
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需要4层么?

出0入0汤圆

发表于 2011-9-2 10:03:20 | 显示全部楼层
严重关注LZ的进展。
2440的噪音小,单Full-Scale Error ppm好像大了点,比老产品2400还大。
另外如果不做台表,没必要用恒温基准LM399,LTZ1000,预热时间长了。MAXIM63系列应该足够了。
关注PCB进程,4层比较厉害,价格不便宜。

出0入0汤圆

发表于 2011-9-2 10:54:12 | 显示全部楼层
回复【83楼】yyp20034  
原理图已经基本画完了,现在有两个问题,希望得到大家的支持:
(1)电阻选型:目前暂定为 松下的0805封装 0.1%精度,温漂10ppm,在rs可以买到,就是价格高,那位大侠可以给一个比较可靠的淘宝卖家?
(2)目前印制板为4层板设计,希望提供性价比高的打样的厂家?
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麻烦能不能把电路图发上来参考下

出0入0汤圆

发表于 2011-9-3 10:03:50 | 显示全部楼层
顶起来

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-9-7 21:11:57 | 显示全部楼层
仔细看了魏坤示波器的方案,很有启发。
起先画好的电路暂时搁置,放弃大而全的方案,从基础做起,先从测电压做起 。
准备在中秋节将电压测量模块样板投出,为节省成本,设计为两层板,只具备电压测量功能,幅度定义为直流1uV~2.5V,最大限度的发掘前端模拟信号的放大能力及24位A/D的实际精度。

出0入0汤圆

发表于 2011-9-7 22:42:57 | 显示全部楼层
回复【86楼】cca767  
回复【83楼】yyp20034  
原理图已经基本画完了,现在有两个问题,希望得到大家的支持:
(1)电阻选型:目前暂定为 松下的0805封装 0.1%精度,温漂10ppm,在rs可以买到,就是价格高,那位大侠可以给一个比较可靠的淘宝卖家?
(2)目前印制板为4层板设计,希望提供性价比高的打样的厂家?
-----------------------------------------------------------------------
麻烦能不能把电路图发上来参考下

-----------------------------------------------------------------------同问,楼主能否发图纸?

出340入0汤圆

发表于 2011-9-7 23:00:21 | 显示全部楼层
用芯片内部自带的PGA是否可以达到比较好的温飘?像ADS1248及CS5532内部都有PGA,最起码在测小电压时温飘的影响是可控的?

出0入0汤圆

发表于 2011-9-8 11:18:35 | 显示全部楼层
mark先

出0入0汤圆

发表于 2011-9-8 14:38:07 | 显示全部楼层
对于这个持续关注,因为我在做直流电阻测试仪,呵呵

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-9-8 20:29:02 | 显示全部楼层
回复【90楼】ajfan
用芯片内部自带的pga是否可以达到比较好的温飘?像ads1248及cs5532内部都有pga,最起码在测小电压时温飘的影响是可控的?
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采用带PGA的24位A/D确实比较方便,省却了很多外围电路,但是
(1)放大倍数不理想
(2)价格比较高
(3)违背了DIY的初衷,自己动手做才能有更深的体会,才能不断积累

出0入0汤圆

发表于 2011-9-11 11:29:13 | 显示全部楼层
回复【93楼】yyp20034
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根据木桶原则。你的设计能达到四位半的精度就不错了。
什么保护都没有。输入高点的电压就OVER了。
AD,VREF再好,没有好的电阻,什么都是白搭。
先去研究一下成品四位半万用表的资料吧。
LZ实在闭门造车。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-9-12 07:22:17 | 显示全部楼层
根据木桶原则。你的设计能达到四位半的精度就不错了。
什么保护都没有。输入高点的电压就over了。
ad,vref再好,没有好的电阻,什么都是白搭。
先去研究一下成品四位半万用表的资料吧。
lz实在闭门造车。
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呵呵,说的好,你没有见过我的电路图,怎知我没有保护?我只是感觉一步到位有点困难,先分步做而已

出0入0汤圆

发表于 2011-9-12 07:52:43 | 显示全部楼层
回复【95楼】yyp20034
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充其量就是一个眼高手低的入门汉。
一上来就要搞六位半。
先能弄个三位半的出来就不错了。
一张图片,图纸都没有。搞什么搞?
你就是个动口不动手的家伙。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2011-9-13 20:33:30 | 显示全部楼层
充其量就是一个眼高手低的入门汉。
一上来就要搞六位半。
先能弄个三位半的出来就不错了。
一张图片,图纸都没有。搞什么搞?
你就是个动口不动手的家伙。
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没有放原理图是因为还没有十足的把握和信心,现在正在测试我的第一版简单电路,主要为小信号的放大和24位A/D自己能够达到的实际分辨力,测试完成后将图片发布上来,希望大家慢点拍砖

出0入0汤圆

发表于 2011-9-18 03:16:16 | 显示全部楼层
DIY呢,一定DIY出来AK_47的效果,做出来的东西,火力要猛,不但正规军喜欢,连山大王都喜欢,还要经典。这就需要楼主煞费苦心,精挑细选你地电路,一再的更改你的原件,最后做出给力,简洁,实用,千万不要因为论坛内的大嘴哥撒给你的冷水而气馁。也不要因为暂时的挫折而放弃。总之,我顶你,继续加油。我准备复制一个你的定型品。

出0入0汤圆

发表于 2011-9-18 09:31:01 | 显示全部楼层
继续顶,关注该贴好久了,希望有作品出来学习一下。

出0入0汤圆

发表于 2011-9-18 12:14:12 | 显示全部楼层
mark
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