制作一个六位半电压表
很多年前就开始想自己做个万用表,一直没有着手做,都停留在想上面,最近想想还是尽早开始做吧,不然过几年自己老了,会成为永远的念想了。万用表的核心部分是一个电压表,那么就先从做一个电压表开始,然后再做其他功能,其它功能都是在基本的电压测量基础上扩展的。
我个人diy,向来好高骛远,恨不得一下子做个全世界最高等级的神器,可是现实却是非常残酷,自己水平还非常有限,也没那么多银子去浪费,只能在现有能力和财力的情况下来展开了。
ADC的选择:
最近几家大公司都推出了比较厉害的32位ADC,对比下这几家
从价格上看,肯定是ADI的最好,不过也没看出多么明显的优势来,自己水平有限,对很多参数还是不怎么懂。
我选择了AD7717-2
基准的选择:
现在六位半万用表普遍使用LM399,0.5PPM的温漂做个六位半表还是够用了,本来想上LTZ1000了,垂涎那0.05ppm的温漂,仔细想想吧。。。。。倒是能买得起,反而觉得自己不配,自己没有八位半表,那精度怎么验证呢?自己连LM399都没玩过,就直接上LTZ1000?。。。。。嗯嗯,还是LM399比较合适,外围电路超简单。(好的电压基准貌似只有这两个选择)
LM399是6.95V电压输出的,现在商品ADC都是2.5V或者5V基准电压输入的,那么就需要分压得到ADC的合适基准电压,因为考虑到ADC输入电压制约和整体电路不能太复杂等方面问题,最后决定ADC输入基本量程是正负1.25V,这样可以把差分输入的一端接地,另一端做单端输入。1.25V输入就需要1.25V的基准。
6.95V分压到1.25V的电压给ADC做基准,AD7177的基准输入范围是1V-5V,这个电压是基本不影响精度的,那么现在问题来了,基准的分压电阻怎么选择呢,LM399可是0.5ppm的,得选两只0.5ppm的电阻分压才配得上LM399吧,凌特公司有网络电阻,性能非常好,比例温漂可以做到0.2ppm,超过了399,就是LT5400。
还有各种比例和阻值可选
有了这个非常优秀的网络电阻,ADC前端的放大和分压也不用去苦苦寻觅金属箔电阻了。
运放的选取:基本上都是接近最好的运放了,同时考虑低温漂低失调,低的偏置电流,低噪声。
AD8629用ADC缓冲驱动,AD8622做前端放大。
电压表的输入量程:
1:1000V档,输入阻抗10M,经过9.9M和0.1M分压得到100比1的10V电压,经运放缓冲再进行10:1的分压转换成1V送ADC.
2:100V档, 输入阻抗10M,和1000V一样先经过100:1分压,得到1V电压可以直接送ADC.
3:10V档, 输入阻抗1T,经过运放阻抗变换,再10:1分压。
4:1V档, 输入阻抗1T,直接送ADC采集,这一档是基本档,没有经过分压或者放大,精度最高。
5:100mV档,输入阻抗1T,经10倍放大后送ADC.
6:10mV档, 输入阻抗1T,经100倍放大后送ADC.这档只是预先设计上的,因为电流和电阻测试的时候需要100倍放大,所以就有了10mV档,对于这档心里最没底,噪声不好处理,不过有个好消息,就是常规六位半都是10V输入的,如果测试10mV就得1000倍放大,而我这个ADC是1V输入量程的,只要放大100倍,说不定能出来不错的效果呢。
100V档和1000V档由于分压电阻太大,温漂稍差,互补补偿之后也要1ppm,用这种金封线绕电阻替代图中的10个小电阻。
这电压部分初步预算成本大概七八百。
处理器使用STM32F103C8T6,显示使用12864液晶,不做外壳和通信,因为这是我万用表计划是一个过渡模块,最后要结合电阻电流做到一起来。
现在手里只有两个六位半的表,很久没校准过的34401和K2000,等做出来了希望能找个有八位半的朋友帮忙校准下。
模拟部分原理图基本完成,先贴上给大家讨论。
还有高清无码的
强贴留名,春风准备又出大作了 本帖最后由 3DA502 于 2017-4-4 11:12 编辑
匹配电阻多少钱,高位表的电阻才是核心科技 3DA502 发表于 2017-4-4 11:09
匹配电阻多少钱
60多块钱,得捷有售 老司机又开车了。。。。.jpg 本帖最后由 3DA502 于 2017-4-4 11:19 编辑
ref电压为什么不按照上限来设置,1.25V的ref,LSB对应的电压都落在了uV级别,那里的热噪声就很显著了
高位表分立ADC都用7V++的ref,这个高电压提升信噪比,直接就比芯片ADC多两位有效bit LZ开源吧,最近正好要用ADS1262和ADS1263,希望一起努力! 3DA502 发表于 2017-4-4 11:16
ref电压为什么不按照上限来设置,1.25V的ref,LSB对应的电压都落在了uV级别,那里的热噪声就很显著了
高位 ...
如果按照上限设计,用5V基准,那么输入就是正负5V了,ADC要要选个差分输出的运放驱动器,很难选到合适的运放,现在为了电路简洁,用了正负1.25V输入,ADC用双电源供电后,直接就变成单端输入的了。 {:smile:}高大上,保持关注 hy2515131 发表于 2017-4-4 11:21
LZ开源吧,最近正好要用ADS1262和ADS1263,希望一起努力!
普源的六位半万用表用的TI的ADS1256,但是非线性误差达到了10ppm,做个5位半还凑合
TI的芯片我目前没考虑用,参数看ADI和凌特的都比TI的好,但是ADS1262是TI最高精度的ADC了,应该也不错。 kdtcf 发表于 2017-4-4 11:28
普源的六位半万用表用的TI的ADS1256,但是非线性误差达到了10ppm,做个5位半还凑合
TI的芯片我目前没考虑 ...
ADI用过AD7175,暂时没有用过AD7177,改天搞个片子玩玩 kdtcf 发表于 2017-4-4 11:28
普源的六位半万用表用的TI的ADS1256,但是非线性误差达到了10ppm,做个5位半还凑合
TI的芯片我目前没考虑 ...
预定一块PCB吧先{:lol:} kdtcf 发表于 2017-4-4 11:23
如果按照上限设计,用5V基准,那么输入就是正负5V了,ADC要要选个差分输出的运放驱动器,很难选到合适的 ...
你这样考虑就是南辕北辙,白瞎200块的ADC了 3DA502 发表于 2017-4-4 11:35
你这样考虑就是南辕北辙,白瞎200块的ADC了
不一定的,做出来看效果先,等板子做好我做个1.25V和5V基准工作的对比实验,看结果怎么样。 hy2515131 发表于 2017-4-4 11:35
预定一块PCB吧先
{:lol:} 我这样打算的,我先做个差不多,可能要打样两三次板,然后愿意参与的人可以大家一起分摊成本分摊材料。 PCB用4层板,布线完成就去嘉立创打样,预计200元内打样费用。 仔细看了楼主的帖子,貌似对mcu的要求不高吧。本人只会51,打算用1T的51,按楼主的电路diy一个。 su33691 发表于 2017-4-4 13:06
仔细看了楼主的帖子,貌似对mcu的要求不高吧。本人只会51,打算用1T的51,按楼主的电路diy一个。 ...
对MCU要求不高,只是直流测试,几百毫秒出一个数据,只要是单片机都能搞定,我经常用STM32,所以就用STM32了。 春风大神好久没看见冒泡了... 希望楼主分板设计。楼主提供核心板和套件,显示部分自行解决。价格1k左右,我预定一套。 先收预付款吧,多退少补。 su33691 发表于 2017-4-4 13:35
先收预付款吧,多退少补。
我还没决定最后怎么弄呢,而且还不知道效果怎么样,先调出好效果再说。 LTC2376-20 最大inl 2PPM,这个最牛B 我用过大把的5400性能还可以吧,主要是省事 ibmx311 发表于 2017-4-4 13:53
我用过大把的5400性能还可以吧,主要是省事
你都是在哪里买的?我还没在得捷买过,别的渠道还真不知道哪里买 高大上玩意,持续关注! kdtcf 发表于 2017-4-4 14:14
你都是在哪里买的?我还没在得捷买过,别的渠道还真不知道哪里买
等我修好了车,回去以后,给你发链接 围观下强帖 kdtcf 发表于 2017-4-4 14:14
你都是在哪里买的?我还没在得捷买过,别的渠道还真不知道哪里买
国外几大主流零售商的东西都可以在云汉芯城一次性买到,这样省事,而且省运费 本帖最后由 ersha4877 于 2017-4-4 14:40 编辑
围观下,好久不见楼主,还为楼主被雪藏了,顺便问声,楼主有做过用Atmega8的电源过吗?好像哪里看到过 redroof 发表于 2017-4-4 14:34
国外几大主流零售商的东西都可以在云汉芯城一次性买到,这样省事,而且省运费 ...
谢谢,我去搜索下,最后一次买完,省事。 火前刘明。 kdtcf 发表于 2017-4-4 14:39
谢谢,我去搜索下,最后一次买完,省事。
我现在常规东西嘉立创有的首选嘉立创;如果需要从国外各大零售商买样品的,首选云汉。云汉可以在同一个界面下对国外各大零售商比价,真的很方便! ersha4877 发表于 2017-4-4 14:38
围观下,好久不见楼主,还为楼主被雪藏了,顺便问声,楼主有做过用Atmega8的电源过吗?好像哪里看到过 ...
没做过M8的电源。 首页留名 围观强帖 AD有这么多路输入为什么不用啊?不同分压的分开接不行吗?预留着给电流,电阻用也挺好的,只留一两个接地就够了。 期待大作 kdtcf 发表于 2017-4-4 14:48
没做过M8的电源。
好的,谢谢了,看好楼主的6位表,也想做一个 jlhgold 发表于 2017-4-4 15:26
AD有这么多路输入为什么不用啊?不同分压的分开接不行吗?预留着给电流,电阻用也挺好的,只留一两个接地就 ...
AD的输入切换通道漏电流太大,达不到精度要求,即使使能输入缓冲也有±30nA的漏电流。 又见牛人作品,关注。。。。。。。。。。。。。。。。。 围观下大作{:lol:} kdtcf 发表于 2017-4-4 16:00
AD的输入切换通道漏电流太大,达不到精度要求,即使使能输入缓冲也有±30nA的漏电流。 ...
8622的典型ib也有几十pA,能等效岀1t的输入电阻吗? 路过听课学习 mark,等看精品 redroof 发表于 2017-4-4 16:24
8622的典型ib也有几十pA,能等效岀1t的输入电阻吗?
厂家自己标注的
按说等效输入电阻应该是这样算的,厂家为什么标注1T呢? 静待大师作品 技术大牛又出新作了
羡慕ing {:shocked:} 不明觉厉的。。。。好像以前有个“电源项目”烂尾了??? wkman 发表于 2017-4-4 17:37
不明觉厉的。。。。好像以前有个“电源项目”烂尾了???
不提了{:titter:} {:titter:} 持续关注! 好久不见,大师作品必是精品。 顶一个先{:lol:} kdtcf 发表于 2017-4-4 17:42
不提了
不是吧,电源不搞了,还想自己DIY一个呢,以楼主的那个参考,毕竟不会的地方好多啊 输入5M即可,我觉得没必要做到10M,我做的5M的没有觉得不好用,感觉5M比10M稳一点 我们有多台3458,如果需要标定,PM我下 ibmx311 发表于 2017-4-4 19:49
输入5M即可,我觉得没必要做到10M,我做的5M的没有觉得不好用,感觉5M比10M稳一点 ...
人家都10M,就你自己另类{:lol:} 搞个5M的,都统一用10M的便于估算测试分流,5M的我总觉得别扭,虽然我们99%的测试都对表内阻没那么高要求。 bestcf 发表于 2017-4-4 19:53
我们有多台3458,如果需要标定,PM我下
谢谢土豪 期待春风大作 嗯 看上去不错,期待测试电阻的框架也早点出来 绝对不能用3458A标定,用了这个破表就会纠结而亡的 手里有块四位半的时候一直都很相信他,觉得他很准,等手里有了多块高位表的时候就开始怀疑了,我的哪块表才是准的,我应该相信哪块表? ibmx311 发表于 2017-4-4 21:07
绝对不能用3458A标定,用了这个破表就会纠结而亡的
JJ3055好像是得到了3458以后突然就不玩了,到顶了,就没欲望了,也game over了{:lol:} kdtcf 发表于 2017-4-4 21:23
JJ3055好像是得到了3458以后突然就不玩了,到顶了,就没欲望了,也game over了...
不是还有更贵的fluke8508嘛{:titter:} redroof 发表于 2017-4-4 21:31
不是还有更贵的fluke8508嘛
8508的线性和速度跟3458是差很多的,虽然3458出现几十年了,福禄克还是得眼巴巴的看着安捷伦得瑟{:lol:} 每次看到大师级发布作品都有一种莫名的激动,支持一下!! 支持!有兴趣搞个PCB玩下。 楼主是否还要考虑利用mcu的io口,根据标定值分档进行校正? kdtcf 发表于 2017-4-4 21:41
8508的线性和速度跟3458是差很多的,虽然3458出现几十年了,福禄克还是得眼巴巴的看着安捷伦得瑟...
真的吗?我没核对过8508的参数,但既然价钱比3458贵那么多,肯定有它的好处吧!
8508的速度慢是众所周知的,各大计量机构也不是傻子。忍受了它的贵和慢,总得在性能上得到补偿… su33691 发表于 2017-4-4 21:57
楼主是否还要考虑利用mcu的io口,根据标定值分档进行校正?
好的高位的万用表都是校准一个10V就完成所有电压档的校准了,内部靠开关切换比例传递到各个挡位上面,如果每个档位都分别校准,那可非常麻烦,而且要有个可调的源和更高精度电压表来完成。
好的电压表就是你拿来一个校准过的电压源,比如LTZ1000,经过校准后的电压是7.706233V,那么你只要把这个电压接电压表上,后再把这个已知的电压值输入到电压表,就完成了校准。 redroof 发表于 2017-4-4 22:06
真的吗?我没核对过8508的参数,但既然价钱比3458贵那么多,肯定有它的好处吧!
8508的速度慢是众所周知 ...
我也是看38都老大的对比评测说的,实际上我连八尾半的表都没见过呢{:titter:} 千万不要啊,你看看38度那些人,我都不清楚他们到底要干啥,千万不要搞超越六位半的东西了。
假设我们但凡有那么一丁点能力,也不会背井离乡的去奔命的。 U4A的3脚悬空? ibmx311 发表于 2017-4-4 22:12
千万不要啊,你看看38度那些人,我都不清楚他们到底要干啥,千万不要搞超越六位半的东西了。
假设我们但凡 ...
那咋整呢,人活着不就是不停的折腾嘛
我不玩这个我就能在一线买房?我不玩这个我就能泡到萝莉?我不玩这个我就能有钱看病?
省下的那点钱也是买些无用的东西,省下的时间也是喝酒吹牛。
还不如玩玩这个,提升一下模拟电路和高精度测试的水平呢。 cqfeiyu 发表于 2017-4-4 22:21
U4A的3脚悬空?
是漏掉了线,这个脚和U5A输出相连,这个电路是大概的原理,没最后确定。 围观,出PCB了,预定一块 期待大牛新作 祝贺春风回归{:lol:} 期待大牛新作{:victory:} 之前按38hot上的mengxin开源的六位半DIY过一个,
电流电压的精度都还不错,就是测电阻精度不行,可能是程序哪边没搞对。
不知春风大婶的这个六位半和38hot上的mengxin的六位半哪个更稳定点{:lol:}
motoedy 发表于 2017-4-5 08:40
之前按38hot上的mengxin开源的六位半DIY过一个,
电流电压的精度都还不错,就是测电阻精度不行,可能是程序 ...
你能做出很好的效果,我也更加有信心了。
和mengxin的对比,按说我这个应该精度更高,因为我这个不计成本、功耗以、体积来做的,现在问题是我得慢慢摸索和调试,目前水平还没有mengxin那么牛。
kdtcf 发表于 2017-4-5 09:05
你能做出很好的效果,我也更加有信心了。
和mengxin的对比,按说我这个应该精度更高,因为我这个不计成本 ...
mengxin用的ADC是LTC2440,24位的。
记得那时按他开源的来做,如果全用全新的元件的话,成本大概700+,
反正是自己DIY,目标也就能达到5位半就算很好了,有部分元件买的拆机件搞的,最终成本也搞了400+,
虽然外观各种跳线,但是用安捷伦的六位半实测出来的精度还算满意,自己用比万用表强多了。
长期的稳定性,温漂什么的也还不错。 刚看这标题,还以为是几年前的那个仿34401的帖子呢 精密测量,希望大侠能开源一些软件算法{:3_46:} 本帖最后由 RAMILE 于 2017-4-5 17:33 编辑
kdtcf 发表于 2017-4-4 11:28
普源的六位半万用表用的TI的ADS1256,但是非线性误差达到了10ppm,做个5位半还凑合
TI的芯片我目前没考虑 ...
普源这个老司机,超频都是年度传奇,能把五菱荣光开上六位半也是有可能的INL可以查表校准DNL就没救了
谢谢楼主分享。。。 从价格上看,肯定是ADI的最好,不过也没看出多么明显的优势来,自己水平有限,对很多参数还是不怎么懂。
我选择了AD7717-2
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关键是INL,DNL等动态指标,TI的ADSxxx习惯性虚标,呵呵
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我手上还有几片7177-2的,春风要的话,地址私信发来下~ 强贴留名
{:lol:}{:lol:} NB NB NB一出手就是大作 强赞!很期待大神的新作。。。。 请教春风大师:
在多路高精度电流采集时(0--20mA,精度1/1000),我想在前端直接接120欧电阻将电流转换成电压(基准源选用2.5V),通过模拟开关切换输入到16位的ADC里面,不知道模拟开关对于模拟信号的最小输入是否有要求,有没有高精度的模拟开关? 感谢 分享。 期待春风老师大作能开源,带我们一起玩。 本帖最后由 reflecter 于 2017-4-5 23:25 编辑
kdtcf 发表于 2017-4-4 11:40
不一定的,做出来看效果先,等板子做好我做个1.25V和5V基准工作的对比实验,看结果怎么样。 ...
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也预定两块
1.25V,5V基准都可以考虑下我们的ADR45xx, 2ppm的
http://www.analog.com/media/cn/technical-documentation/data-sheets/ADR4520_4525_4530_4533_4540_4550_cn.pdf
还没细致比过它们 vs LM339/LTC(目前LTC的样片,我们还没法操作,可以联系骏龙的朋友们)
精密电阻网络,看看数字电位计还能用,AD52xx
http://www.analog.com/cn/products/digital-to-analog-converters/digital-potentiometers.html
ADI的样片型号汇总下发我吧
BTW,7177-2一片真要200多的?吓人呐 基准的话,不知LS8封装的LTC6655如何,直出低压基准,温飘比较小,噪声比399要好,时飘要差一些。参考6655手册,在老化1个月之后,时飘变化明显趋缓,不知是否可以替代399。总觉得这种高压基准还得还得配匹配电阻把电压降下来,麻烦。。
amxx 发表于 2017-4-5 22:37
请教春风大师:
在多路高精度电流采集时(0--20mA,精度1/1000),我想在前端直接接120欧电阻将电流转换 ...
在多路高精度电流采集时(0--20mA,精度1/1000),我想在前端直接接120欧电阻将电流转换成电压(基准源选用2.5V),
通过模拟开关切换输入到16位的ADC里面,不知道模拟开关对于模拟信号的最小输入是否有要求,有没有高精度的模拟开关?
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Imax * R = 20mA * 120R = 2.4V
2.5V ref OK
ADI模拟开关的选型,看Circuit Note里,兼顾标准+/-10V输入,都选用的ADG5xxx,+/-12V/15V双电源供电的型号
http://www.analog.com/cn/products/switches-multiplexers/analog-switches-multiplexers.html
Rds on,Charge injection, BW...
ADI有一些Analog Input module的设计可以参考下,晚些时候重开一贴发过来给您参考 未免想得过于简单了,并不是“低噪声”运放+24bit adc+“精密”电压基准 就能实现六位半性能;仅考虑两个运放的1/f和带内噪声就超过90 LSB rms ENOB不到18bit,还没算电压基准 电阻热噪声 串扰和电源噪声,零位误差估算一下超过50LSB了,漂移不算;建议:减小带宽 减小带宽 减小输入阻抗 换无1/f的运放;明天有空补上计算过程 amxx 发表于 2017-4-5 22:37
请教春风大师:
在多路高精度电流采集时(0--20mA,精度1/1000),我想在前端直接接120欧电阻将电流转换 ...
16位的采样电路对模拟开关要求不高,你要考虑模拟开关的漏电流和内阻对信号的损失,折算下来对目标精度没影响就可以。 reflecter 发表于 2017-4-5 23:21
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2个ppm基准和399差10倍,不过听人说这类基准噪声非常低,数字电位器都是用在精度要求很低的地方的。 一天的蓝 发表于 2017-4-6 02:05
未免想得过于简单了,并不是“低噪声”运放+24bit adc+“精密”电压基准 就能实现六位半性能;仅考虑两个运 ...
我先做了再理解你说的这些,得一步一步的来。