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楼主: PSIR

LCR表的自由轴法量测技术讨论

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出0入0汤圆

发表于 2012-9-13 22:04:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 Sullivan 于 2012-9-13 22:06 编辑
fickle 发表于 2012-9-13 21:50
"我猜测,之所以最早有人做自平衡电桥,一定是因为他没有用仪放去取差模信号,而是把中点虚短到地之后用 ...


根据你的观点我画了一幅图:

左边是用采样电阻检测电流,右边是用IV转换器检测电流。
你的意思是,左边的噪声大,右边的噪声小?这个我不能同意。
原因就是右侧的IV转换器在实际使用中往往加上小的滤波或者说积分电容在运放输出和反相输入之间,除了超前补偿的作用还有低通滤波作用,所以表现为噪声小,如果不考虑那个电容应该噪声是一样大的。
IV转换器的存在意义及必要性我目前认为有两点:
1、用一套电源搞定LCR,简化设计。
2、在原因1的基础上,不论用或是不用IA取电压,都能把DUT这个悬浮信号(图左R2两端电压)变成单端信号(图右R4两端电压)。从而极大提高CMRR(用IA)或者说使测量成为可能(不用IA)。

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出0入0汤圆

发表于 2012-9-13 22:43:39 | 显示全部楼层
呵呵,怎么说呢?

如果只是测量1ohm - 1M左右的量程范围。使用I/V或者I-V都无所谓,因为这时信噪比好的一塌糊涂。怎么鼓捣都成。

做lcr的关键或者难点在于微弱信号,比如接近或者10M以上,小于10毫欧以下的信号。这个时候,2种测量电流方式,就看出来差别了。

因此,I-V方式的优势就显现出来了。

出0入0汤圆

发表于 2012-9-13 22:45:49 | 显示全部楼层
哦,还有一个前提,就是考虑成本因素。如果不计成本,使用ad8253之类芯片,技术细节差别就荡然无存了。

出0入0汤圆

发表于 2012-9-13 22:54:05 | 显示全部楼层
这里还有一个技术传承因素。

以往的微弱信号的测量,往往采取桥式测量。后来一个美国人,采用了I-V方式,称之为自动平衡电桥。(和什么自由轴毫无关系,呵呵,这点不想争论,真的没意思)之后,记得在上个世纪80年代发布专利。因此,现在的lcr技术基本延续以上技术。

30年来,没人创新。基本上,安捷伦手持、台湾和国内的lcr都是这种技术(我见到照片或者图纸的)。

出0入0汤圆

发表于 2012-9-13 23:08:59 | 显示全部楼层
fickle 发表于 2012-9-13 22:54
这里还有一个技术传承因素。

以往的微弱信号的测量,往往采取桥式测量。后来一个美国人,采用了I-V方式, ...

说得好啊!
微小电阻和超大电阻我还真是没什么概念,很少接触。能给讲下为什么IV的方式噪声要小吗?
另外就是提到了成本,这个确实很关键。不过我是diy玩的话不会太计较成本,应该说是在不太离谱的情况下,如果花点钱就能搞定的问题就不是问题,毕竟我面对的用户是我自己而不是市场。
还有,能评价一下我在103楼说的方案吗?我想用这个方案达到100K甚至更高的频率的测试。
最后,麻烦回帖时用一下回复功能,我直接就看到提醒了

出0入0汤圆

发表于 2012-9-13 23:22:20 | 显示全部楼层
fickle 发表于 2012-9-13 22:54
这里还有一个技术传承因素。

以往的微弱信号的测量,往往采取桥式测量。后来一个美国人,采用了I-V方式, ...

100K包括更高频率的电桥用什么电子开关进行相敏检波呢?

出0入614汤圆

发表于 2012-9-14 00:39:24 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-9-13 21:16
我英文比较烂,磕磕绊绊看了一些,那张图片。
你做的那个精度能到多少?0.5%可以达到吗?
我之前一直纠结 ...

要注意CMRR和频率的关系,尤其共模电压还是同频异相信号,这还关系到放大器的互调失真,实际情况估计会比较复杂,不是做不了,而是性价比会很低,例如你得用30+的仪放才能做到100k,而100MHz左右的运放通常还不到10块钱……

出0入0汤圆

发表于 2012-9-14 08:26:06 来自手机 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2012-9-14 00:39  要注意CMRR和频率的关系,尤其共模电压还是同频异相信号,这还关系到放大器的互调失真,实际情况估计会比 ...

我先做好这个50KHz的感受一下。
PS,微弱电流用IV的确是标准做法,但见过的IV都是低频应用场合,高频是否仍然适用有待验证。

出0入0汤圆

发表于 2012-10-8 21:20:45 | 显示全部楼层
有人做出来这个没

出0入0汤圆

发表于 2012-10-9 00:19:00 | 显示全部楼层
楼主辛苦了!

出0入0汤圆

发表于 2012-10-9 00:20:54 | 显示全部楼层
fickle 发表于 2011-6-7 13:04
阻抗测试原理和技术公式,我想安捷伦的那个阻抗手册是最好的吧?

有下载吗?

出0入0汤圆

发表于 2012-11-24 17:19:32 | 显示全部楼层
楼主好牛呀

出0入0汤圆

发表于 2012-11-26 14:44:21 | 显示全部楼层
一直想做一个来呢

出0入0汤圆

发表于 2012-12-1 15:43:19 | 显示全部楼层
超级强大,记号

出0入0汤圆

发表于 2013-6-28 10:20:00 | 显示全部楼层
标记下!!

出0入0汤圆

发表于 2013-9-11 02:58:55 | 显示全部楼层
相对来说声卡那个最简单。

出0入0汤圆

发表于 2013-9-11 08:05:58 来自手机 | 显示全部楼层
mark!好资料,标记一下!

出350入0汤圆

发表于 2013-9-11 08:38:09 | 显示全部楼层

mark!好资料,标记一下!

出0入0汤圆

发表于 2013-9-13 15:35:53 | 显示全部楼层
有必要表达下内心对楼主和各位朋友的感激之情,受教了。

出0入0汤圆

发表于 2013-9-24 21:55:24 | 显示全部楼层
楼主很有想法。学习一下。

出0入0汤圆

发表于 2013-9-26 10:17:56 | 显示全部楼层
Elektor 2013最新 500ppm LCR meter,
大家讨论下电路优点!

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出0入0汤圆

发表于 2014-4-22 14:55:00 | 显示全部楼层
fickle 发表于 2011-6-7 13:04
阻抗测试原理和技术公式,我想安捷伦的那个阻抗手册是最好的吧?

没找到你说的那个手册,能提供下网址吗、、?谢谢,

出0入0汤圆

发表于 2014-4-22 17:22:31 | 显示全部楼层
有心学习,mark

出0入0汤圆

发表于 2014-4-22 18:02:54 | 显示全部楼层
不错,继续,顶一个。

出0入0汤圆

发表于 2014-4-22 19:43:48 | 显示全部楼层
       给大家说下E4980A的测量原理,以供参考
    之前和现在的大部分LCR采用了称之为 自动平衡 的方式进行测量,主要是利用运放的虚短产生一个“地”,测量流入“地”电流和器件两端电压,再经过鉴相、ADC后得到R、X和角度,再计算出LCRZDQ等一堆参数。
    由于运放本身参数的参数的限制,“地”会发生波动,例如频率过高,电流过大等,再加之运放失调、漂移等参数的存在,也会影响测试精度。但因为这种方式简单易行和放大器性能的提升,依然得到了广泛的应用。
    E4980A是安捷伦精密电桥的主打产品,频率到2MHz(注意不要仅用频率衡量电桥水平,应用范围和指标都不一样)。基本测量当然还是电压除电流的方式,但模拟测量前端采用了全新的方式,抛弃了以往使用运放自动平衡的原理。简单来说就是一种可以称为 主动平衡 的方式,全程使用FPGA+高速DAC(14bit,210M),精度和响应速度提升巨大,这也是4980A的电容表版本4981A敢把电容测量显示搞到10-6aF的原因之一,注意是aF。平衡的原理是高速测量Lpot的电平,在Lcur端用DAC给出补偿,保证低端为0,实现平衡。高端电压测试方式和之前差不多,低端DAC的补偿电流即等于流过器件的电流,通过精密电阻换算为电压进行测量。至于测量,则是采用了数字鉴相的方式,使用FPGA的乘法器直接完成,CPU则是去读个数,修饰一下,显示出来完事。
    简单说是这个样子,平衡部分由于牵扯到整体的数字反馈,电路极为复杂,各种补偿,各种小范围反馈。学识有限,目前还没完全搞懂,但这里必须动用自动控制原理那些东西才能说得清了。
    据说普源下半年也要出LCR了,不出意外,原理也是这个,到时有机会看看做的咋样,再行讨论

出0入0汤圆

发表于 2014-4-22 21:11:24 | 显示全部楼层
这个帖子讨论的很好,学习了

出0入0汤圆

发表于 2014-4-22 22:41:01 | 显示全部楼层
学习中,怎么没人做板子呢?

出0入0汤圆

发表于 2014-7-25 22:56:11 | 显示全部楼层
snoweaglemcu 发表于 2014-4-22 19:43
给大家说下E4980A的测量原理,以供参考
    之前和现在的大部分LCR采用了称之为 自动平衡 的方式进 ...

有照片木有,欣赏一下

感觉用不到自控原理,都是静态的参数,用不着闭环,扫描一遍,取最佳值就OK

出0入0汤圆

发表于 2014-7-25 23:45:28 | 显示全部楼层
跟着学习!

出0入0汤圆

发表于 2014-7-27 18:14:20 | 显示全部楼层
3DA502 发表于 2014-7-25 22:56
有照片木有,欣赏一下

感觉用不到自控原理,都是静态的参数,用不着闭环,扫描一遍,取最佳值就OK ...

照片有,但是是加密的,发不出来
整个都是动态变化的,话说除了偏置,都找不到一个直流的参数,而且大多是mV级的几百kHz到几十MHz的信号
数字反馈部分如果没有自动控制的理论,是不可能完成设计的,这个可不是扫一遍就完事的,里面有很严格的信号同步和采样计算

出0入0汤圆

发表于 2014-8-24 09:59:11 | 显示全部楼层
由于需要测试到10nH精度的电感,就是说0.01微亨精度值,买了个手持电桥,但很废物,最后一个字晃晃荡荡就是安稳不下来。。。,最后打算自己做一个可靠稳定的L meter,国外的电路找到了,但是不理解,发帖求助,jt6245帮助了我,很感激,同时,接触到了两个个名词-----自由轴,固定轴;跟着链接一路下来看了3个人的类似帖子,最后链接到了这里。     不容易啊 。

出0入0汤圆

发表于 2015-5-7 22:09:05 | 显示全部楼层
leeseel 发表于 2011-7-23 14:24
我做的毕业设计就是这个

参考高晋占的《微弱信号检测》和远坂俊昭.测量电子电路设计-滤波器篇

裴慧卿,,,,

出0入0汤圆

发表于 2015-5-17 23:57:42 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2012-9-13 20:53
嘿嘿,那个声卡LCR就是这样做的,我用4558做了一个,精度还不错哦,估计是得益于声卡ADC的高分辨率。 ...

首先声明,俺当年《信号与系统》就是补考过的,说错了别打我---我这就是一愚人,看各路高人讨论后千虑而偶得……

感觉LCR就是:
1.同步测量出目标上的电压和电流,得到阻值.这个比较简单,除了在高速下需要“null detector”。
2.测量目标电流的相位,以区别是电感还是电容。这个就麻烦了,上面的讨论基本都是在考虑如何测量相位。

那么,我们能不能用DAC输出激励信号,两个ADC同步采样电压V和电流I。
1. V/I得到阻值。
2.由于激励信号来自DAC,所以我们可以精确的采样到一个周期,然后DSP对电流进行傅立叶变换,虚部就是相位。

这玩意对长期稳定性要求不高,我们应该能用廉价的声卡coder来实现ADC和DAC。
DAC输出加个BUF634来提升驱动能力。V采样直接用低通就成,I采样用高精度电阻+差分放大。
傅立叶比较耗计算能力,不过现在AM335x好便宜,弄个核心板来做主控+计算,连算法都有现成的库了。

出0入0汤圆

发表于 2015-7-1 17:50:38 | 显示全部楼层
收藏一下

出0入0汤圆

发表于 2015-11-17 11:10:53 | 显示全部楼层
Mark  收藏了……

出0入0汤圆

发表于 2015-11-19 20:12:43 | 显示全部楼层
学习了,学习了!

出0入0汤圆

发表于 2016-3-24 15:52:35 | 显示全部楼层
MARK!关注一下

出0入0汤圆

发表于 2016-3-30 07:09:36 | 显示全部楼层
PSIR 发表于 2011-6-7 14:58
首先我就我所瞭解的量測原理說明一下,如有錯誤煩請先進們不吝指正,謝謝。

(1)請看以下截圖,乃是原理 ...

我也有同样的困惑,测量出Ux/Uy,Ix/Iy,这是个值。最后不知道Rx复合阻抗,及有关几个副参数。
数学没学过,后悔中。

出10入95汤圆

发表于 2018-1-19 22:16:10 | 显示全部楼层
Receiver 发表于 2011-6-23 17:42
回复【4楼】PSIR  

……

整理的不错!多谢分享!

出0入0汤圆

发表于 2018-1-20 00:45:04 | 显示全部楼层
谢谢,值得学习下。

出0入0汤圆

发表于 2018-11-6 13:46:52 | 显示全部楼层
谢谢,值得学习

出0入0汤圆

发表于 2020-7-20 22:42:32 | 显示全部楼层
总结得不错,值得学习

出0入0汤圆

发表于 2020-7-22 07:58:44 来自手机 | 显示全部楼层
学习,自己想做一个电容表

出0入0汤圆

发表于 2020-7-28 12:37:56 | 显示全部楼层
huayuliang 发表于 2011-7-23 17:31
点击此处下载 ourdev_660395BGX32X.zip(文件大小:3.94M) (原文件名:Impedance Analyzer.zip)

收了,非常有用的学习资料,最近公司在搞一个CV表,看看

出0入0汤圆

发表于 2020-11-11 11:14:41 | 显示全部楼层
It is a wonderful article,I have learned a lot,thanks.

出0入0汤圆

发表于 2020-11-13 13:21:29 | 显示全部楼层
目前LCR数字电桥,还是许老师的电桥研究得最透彻,有原理解释,开源,值得学习。链接:
http://www.crystalradio.cn/thread-231933-1-1.html

出40入0汤圆

发表于 2021-12-25 23:46:54 | 显示全部楼层
leeseel 发表于 2011-7-23 14:24
我做的毕业设计就是这个

参考高晋占的《微弱信号检测》和远坂俊昭.测量电子电路设计-滤波器篇

你好 你毕业设计作出成品了没?是哪种方法的LCR勒?
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