基于CODEC芯片的LCR设计探讨

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-3 14:13:51

本帖最后由 qiaogang2006 于 2015-1-4 09:01 编辑

1、设计思路源自http://www.amobbs.com/forum.php? ... ertype=2&page=3，该贴也是采用了CODEC芯片的方案。

我目前已经参照俄版电路的原理，用7135做了一版，但7135测量速度太慢，现在考虑用音频芯片ADAU1761做一版，类似fickle兄的设计，

我目前的想法是：（原理类似俄版电路，不同的是信号产生和信号鉴相）
1）用ADAU1761产生正交信号，0度信号输出做测试用，

2）被测信号引入ADAU1761，与正交信号做模拟乘法鉴相，读出直流分量。
但问题是：被测信号是双电源的，ADAU1761是单电源的，而且ADAU1761产生的正弦信号偏移是随着电源电压浮动的。如何做鉴相处理？
对于fickle兄的设计，有几个问题一直看不明白，在此请教各路英雄，

a、PGA204输出是正负电平，直接接到WM8731（单电源供电）上，没有做电平移位，难道只采样正半周吗？为什么？

b、PGA204的ref脚接的交流耦合电路是起到消除PGA204的输入失调吗？

c、测试电流部分，只用了100R和100k两个采样电阻吗？据fickle兄说用了8个采样电阻，没看出来啊？还有模拟开关的RON电阻的影响怎么消除的啊？

d、信号产生部分，为什么要用左右声道输出，用一个不行吗？LHPOUT和RHPOUT并非差分输出的。

e、该设计的测量原理还是不太清楚，WM8731需要分离出被测信号的实部和虚部吗？是在WM8731内部做的鉴相吗？

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-3 16:10:28

自己顶一下，有高人帮我解答一下吗？解答一两个也好啊，在线等~~~

as_920 · 发表于 2015-1-3 21:13:08

没看明白，觉得电路图缺不少

migrant · 发表于 2015-1-4 12:10:46

我也打算做一个，也不是很明白各信号

一天的蓝 · 发表于 2015-1-4 16:28:57

本帖最后由一天的蓝于 2015-1-4 16:56 编辑

1.采样结果只体现正半周，任何时候都不应超过 Absolute Maximum Ratings 工作，如果需要直流分量电平移动是必要的
2.ref端所接电容是增大交流反馈，增大相位裕度

4.发数据时L/R 反相等效是做差分输出了参考电平大约是vcc/2 而输出的参考是地，等效来看是做直流耦合的差分放大，输出的是双极性信号
5.WM8731是音频code吧？仅采样，不涉及鉴相/运算

这个设计是基于fft/dft而非鉴相器的原理与这个类似：http://www.amobbs.com/thread-5590156-1-1.html
因为不关心直流分量，所以1所讨论问题直接用交流耦合即可 ad/da 音频器件完全胜任

而你所述采用输出正交+模拟乘法器的方法所关心的是出乘法器后信号的直流分量，是要经过LPF再采样音频code的直流精度完全不够并且受模拟乘法器offset的限制动态范围很小频率可以做得很高

gzhuli · 发表于 2015-1-4 16:59:23

声卡LCR主要有LMS和FFT两种算法，和俄版那种模拟鉴相方式完全不同，数学基础要扎实才能搞下去。

migrant · 发表于 2015-1-4 21:18:24

gzhuli 发表于 2015-1-4 16:59
声卡LCR主要有LMS和FFT两种算法，和俄版那种模拟鉴相方式完全不同，数学基础要扎实才能搞下去。 ...

大师来了，请教一下，楼上那个用FFT做的，激励信号是否就是一个恒定的正弦波就可以了？还是说激励信号还需要别的处理？
采样那里也是连续采样，完全不需要在做什么相位的模拟处理，直接将采样数据结果做FFT就可以了？
如果是这样，FFT岂不是最简单的解决方案，为啥采用的少？

gzhuli · 发表于 2015-1-4 22:08:37

migrant 发表于 2015-1-4 21:18
大师来了，请教一下，楼上那个用FFT做的，激励信号是否就是一个恒定的正弦波就可以了？还是说激励信号还 ...

是的，正弦波就可以了。
FFT主要是精度问题，在极端情况下（其中一个分量幅值很小）误差较大。

migrant · 发表于 2015-1-4 22:15:14

gzhuli 发表于 2015-1-4 22:08
是的，正弦波就可以了。
FFT主要是精度问题，在极端情况下（其中一个分量幅值很小）误差较大。 ...

多谢啊
再问个，LMS还没了解，也是直接采样计算的吧，其优缺点是什么？
如果我要测试一个RC并联电路，用FFT还是LMS好？

gzhuli · 发表于 2015-1-4 22:46:17

migrant 发表于 2015-1-4 22:15
多谢啊
再问个，LMS还没了解，也是直接采样计算的吧，其优缺点是什么？
如果我要测试一个RC并联电路，用F ...

LMS运算量比FFT低，效果差不多，你可以下载http://www.sillanumsoft.org/ZRLC.htm这个软件，用电脑声卡体验一下。

migrant · 发表于 2015-1-4 22:50:42

好的，谢谢

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-5 17:14:03

本帖最后由 qiaogang2006 于 2015-1-5 17:42 编辑

请教gzhuli 和一天的蓝两位大侠：
今天恍然大悟，原来是两种测量方式
一种是，类似俄版电路，获取UX和US在0度和90度上的直流分量，UX=c+jd;US=a+jb，
第二种是，直接采样UX和US上的电压，（一天的蓝的设计是用STM32的FFT来采样的，我是用CODEC芯片的24bitADC采样的）
根据阻抗等于Z=RS*（UX/US）算出，再算出LC，

请教大侠：
1、这两种方式有什么优缺点？
2、我今天用第二种方式采样，算出阻抗（做了open、short清零处理，已排除线路影响），发现值不是很精确。
我的UX和US电压是用CODEC芯片采样出他们的RMS值参与计算的，不知正确与否。
3、第二种方案和相角还有什么关系吗？
4、如果是方案二，还需要分离出采样信号上的实部和虚部吗？如果需要，还是用FFT来分离吗？

请大侠们不吝指教！

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-5 17:21:52

本帖最后由 qiaogang2006 于 2015-1-5 17:42 编辑

一天的蓝发表于 2015-1-4 16:28
1.采样结果只体现正半周，任何时候都不应超过 Absolute Maximum Ratings 工作，如果需要直流分量电平移动 ...

请教gzhuli 和一天的蓝两位大侠：
今天恍然大悟，原来是两种测量方式
一种是，类似俄版电路，获取UX和US在0度和90度上的直流分量，UX=c+jd;US=a+jb，

第二种是，直接采样UX和US上的电压，（一天的蓝的设计是用STM32的FFT来采样的，我是用CODEC芯片的24bitADC采样的）
根据阻抗等于Z=RS*（UX/US）算出，再算出LC，

请教大侠：
1、这两种方式有什么优缺点？
2、我今天用第二种方式采样，算出阻抗（做了open、short清零处理，已排除线路影响），发现值不是很精确。
我的UX和US电压是用CODEC芯片采样出他们的RMS值参与计算的，不知正确与否。
3、第二种方案和相角还有什么关系吗？
4、如果是方案二，还需要分离出采样信号上的实部和虚部吗？如果需要，还是用FFT来分离吗？

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-5 18:30:34

gzhuli 发表于 2015-1-4 16:59
声卡LCR主要有LMS和FFT两种算法，和俄版那种模拟鉴相方式完全不同，数学基础要扎实才能搞下去。 ...

还请gzhuli 大侠多多指教，我也是摸着石头过河，以前从来没搞过这一块，

刚做的7135那一版精度在0.3%之内，现正尝试高速测量，用FFT的方式不知道精度会怎么样，

看了一天的蓝的设计，测20pF电容，精度还不错啊。

用FFT 采样的方式和用24bitADC 采样的方式，各有什么优缺点吗？

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-5 18:34:44

一天的蓝发表于 2015-1-4 16:28
1.采样结果只体现正半周，任何时候都不应超过 Absolute Maximum Ratings 工作，如果需要直流分量电平移动 ...

这个设计是基于fft/dft而非鉴相器的

他也用了FFT处理吗？他已经用CODEC芯片采样出电压了，再怎么FFT啊？

请教大师。

migrant · 发表于 2015-1-5 18:34:54

方案2是通过FFT计算信号的矢量，然后通过2个信号的角度换算得到相角，再计算得到等效阻抗。
不知道是不这样

qiaogang2006 · 发表于 2015-1-5 18:40:39

migrant 发表于 2015-1-5 18:34
方案2是通过FFT计算信号的矢量，然后通过2个信号的角度换算得到相角，再计算得到等效阻抗。
不知道是不这样 ...

我是用24bitADC采样的电压，怎么得出两个信号的角度啊？

计算阻抗，也需要相角吗？阻抗Z=RS*（UX/US），不是这样计算的吗？

还请大师指点一二。

migrant · 发表于 2015-1-5 18:44:40

看一天的蓝的设计的代码，我看了2天了，其实就是你刚才发的那个图，数学也要看下才能理解。

redming · 发表于 2015-1-5 19:55:23

做成手持电桥会很便宜吧

一天的蓝 · 发表于 2015-1-8 17:43:52

qiaogang2006 发表于 2015-1-5 17:21
请教gzhuli 和一天的蓝两位大侠：
今天恍然大悟，原来是两种测量方式
一种是，类似俄版电路，获取UX和US ...

最近考试，回复晚了，，个人理解：

fft这类用算法的软件复杂度高，精度不容易做好，电路可以非常简单代表作：声卡lcr
用鉴相器方案的电路较为复杂，精度容易做高，不好提高测试频率 1M以上可能就要改方案了

实部/虚部数据可以用于计算副参和校正主参，在只计算阻抗模时用Vrms计算即可
音频ADC是非常适合于用方案1的

hhjjstu · 发表于 2015-8-1 11:43:44

楼主你好，向你请教一个问题，我在做一个LCR ，通过同步采样电压和电流计算LCR值，测试时发现，测量低阻值电阻时电压电流波形正常，测量500K以上电阻时电流波形有点差，1M电阻时电流波形比较差，10M电阻时电流波形已经看不出来了，非常差，电压波形一切正常，好像是引入了干扰，加了低通滤波器没有明显改善，我的量程电阻100K ，电流端放大倍数最高128倍，测试频率 100HZ和1khz ，请教一下有什么好的解决办法？

基于CODEC芯片的LCR设计探讨

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