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设计了一款100k LCR电桥草图 大侠们指点下

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出0入0汤圆

发表于 2012-11-3 11:24:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
对于电子电路 本人是纯属个人爱好,纯业余水平,不要见笑。电路图数字部分好办 就没有完整的画出来,先让大侠们给看看有什么不妥。
基本设计思路是 正玄波  IV转换,采样保持,同步等效采样 DFT 运算,阻抗计算。
正玄波 是由单片机 timer0 控制的 输出16x 方波。经过2次滤波 产生正玄波。经过平衡电桥部分 然后用AD620 做放大;AD602 RG 使用模拟开关 依次并联形式调整增益。
放大后 变换中点电压位ADC 的1/2 送采样保持器 LF398 进行采样保持,采用保持 由单片机 timer1 进行控制 timer1 OCR1B 输出采样保持脉冲下降沿,比较比配中断进行采样。
然后就是 对采样结果进行64长度的缓存。主程序 循环对2x64长序列进行 单频点DFT 然后是Z 的计算 矫正。
如果电路部分 没什么大毛病准备做几块玩玩。



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阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

一只鸟敢站在脆弱的枝条上歇脚,它依仗的不是枝条不会断,而是自己有翅膀,会飞。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-3 14:11:30 来自手机 | 显示全部楼层
Ad620带宽?
平衡运放型号?
我貌似看到了398?
电子开关控制620增益?
毛病多多吧。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-3 14:33:50 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-11-3 14:11
Ad620带宽?
平衡运放型号?
我貌似看到了398?

AD620 120khz 带宽G=100; 我用它的25倍增益 用在 100有没有问题?

平衡运放 AD8065  单位带宽 145M;FET 输入;单位增益稳定,datasheet看 开环相位 1M 以下稳定。

LF398 采样保持器,虽然指标低了点,但是我使用跟踪时间较长,不过对它不是很放心,只能试试看。
电子开关控制 AD620 RG 电阻。 增益变换一档,增加一个并联电阻。12.1k 约5倍增益;不管模拟开关的导通电阻如何,并联后关系应该是1/2  1/3   1/4;
只要比例精确即可,绝对增益不用关心吧。
软件部分肯定要做校准处理的。
其他毛病欢迎指正。谢谢Sullivan

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出0入0汤圆

发表于 2012-11-3 20:12:44 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-3 14:33
AD620 120khz 带宽G=100; 我用它的25倍增益 用在 100有没有问题?

平衡运放 AD8065  单位带宽 145M;FE ...

我很菜,意见仅供参考。
1.AD620参数手册写的是小信号-3db带宽120K,那么大信号可能要受到压摆率的限制。查表得,最小0.75V/μs,典型值1.2V/μs。按保守设计的原则750000/6.28/100000=1.19V。
也就是说激励信号控制在2Vp-p以下应该是可以的……为什么我总是感觉有隐患呢?……
2.AD8065在100K时增益只有五十几DB,增益误差应该引起重视,因为将影响精度。
3.LF398标称的电压下降率太大,个人认为不适合这种比较精明的应用。建议修改设计或者更换器件。
4.你的思路没问题,但是模拟开关通道间的电阻差异还是应该引起重视。可以详细计算一下对精度(百分比)的影响。因此我仍然建议用单端同相放大器,利用高输入阻抗来忽略模拟开关的影响。
10K情况下应该不会有什么问题,100K我不看好。
真心祝你成功,你的成功我们大家都可以借鉴。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-3 21:01:31 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-11-3 20:12
我很菜,意见仅供参考。
1.AD620参数手册写的是小信号-3db带宽120K,那么大信号可能要受到压摆率的限制。 ...

电桥的激励信号是 200mv/p-p. 感觉问题不大,我也没有模拟电路经验。
至于增益控制,只能是试试看了,因为我只要倍率相对准确即可,即便是这里做的相对准确,软件部分肯定还要做不同增益的校准,而且增益控制部分算是一个备用使用的,因为按照仿真,使用16bit AD ref=5v 只把信号进行5倍放大,就能得到很好的结果,这里ref使用的是2.5v。
至于平衡运放,俄版使用TL082 做到将近10k,tl082 的单位增益带宽好像是3M,比例是300倍。这个是 145M ,1450倍。我想不会比那个差。但是是个未知数。平衡运放有相移不怕 只要U I 是线性的都好办,毕竟是软件DFT 相位可以使用外部校准补偿,如果非线性就不好办了。
lf398 性能不佳,我也是同样想法,但是使用AD 的采样保持器 不是一般的贵,使用模拟开关自己做 恐怕还不如398. 我想采样保持器 其实大部分时间工作在跟踪状态,2次采样相隔 大约不超过50个单片机时钟周期 50/16us, 使用云母电容的话 估计不会下降太多。先试试看吧。还有可以使用多通道同步采样AD;但是价格实在太贵了 250k 速度基本在100元左右了。
我现在最担心的 1 PCB 噪声太大(没有做模拟PCB经验,数字部分也没做过什么东西)2 采样保持器。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-3 21:11:02 | 显示全部楼层
仔细看看两位PK!

出0入0汤圆

发表于 2012-11-3 23:56:20 来自手机 | 显示全部楼层
Wxy8030 发表于 2012-11-3 21:11  仔细看看两位PK!

PK?P个六啊!我只是把我想到的提出来,楼主能一步成功然后分享经验,岂不对大家都好?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 09:42:59 | 显示全部楼层
ADA4817-1 这个运放不错 1.05G的
不过就是价格高点。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 12:23:32 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-11-3 20:12
我很菜,意见仅供参考。
1.AD620参数手册写的是小信号-3db带宽120K,那么大信号可能要受到压摆率的限制。 ...

看了你以前的帖子,你的电桥 出来了么?
希望多多沟通。  DFT 方法是否可以不关心 运放带来的电流的相位改变呢? 我想只要相移是个常数,是不是可以使用无感电阻进行校正得到这个相移,去纠正结果?  正交检波我感觉应该也能吧?

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 13:15:46 | 显示全部楼层
最好是买承永科技的芯片组

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 13:20:50 | 显示全部楼层
xcodes 发表于 2012-11-5 13:15
最好是买承永科技的芯片组

不是搞电子的 对你说的芯片组不懂。见笑。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 13:24:12 | 显示全部楼层
ES51919/ES51920
我手头的ut612 就是这两个芯片

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 14:20:53 | 显示全部楼层
xcodes 发表于 2012-11-5 13:24
ES51919/ES51920
我手头的ut612 就是这两个芯片

找了资料看看 没有详细说明,芯片也买不到(淘宝 自己玩不可能大量订货), 而且 也失去了diy的乐趣;我设计这个的想法主要是想验证下等效采样 的lcr 能到什么样的精度。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 19:28:59 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-5 12:23
看了你以前的帖子,你的电桥 出来了么?
希望多多沟通。  DFT 方法是否可以不关心 运放带来的电流的相位 ...

还在设计中。我第一次做LCR为了保证成功率果断放弃了100K。对于我的水平出力不讨好。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 19:31:43 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-11-5 19:28
还在设计中。我第一次做LCR为了保证成功率果断放弃了100K。对于我的水平出力不讨好。 ...

哈哈 能做50k 也是突破啊。  ADI 的那个运放到1G 多 贵了,不过这种运放引脚封装基本通用 到时候再找合适的功放吧。
你的用的是什么方案?模拟开关正交检波?

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 19:39:42 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-5 19:31
哈哈 能做50k 也是突破啊。  ADI 的那个运放到1G 多 贵了,不过这种运放引脚封装基本通用 到时候再找合适 ...

保守方案是用模拟开关正交检波。这个一定要做一版玩玩,打打基础。这个方案设计到10K,非常保守吧。
如果做完了还想动弹的话,就做直接ADC方案的。频率待定,因为到时候还要决定是不是放弃自平衡电桥。预计也就到100K。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 19:41:56 | 显示全部楼层
两位大神好谦虚啊,让菜鸟电工们情何以堪啊

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 19:44:03 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-11-5 19:39
保守方案是用模拟开关正交检波。这个一定要做一版玩玩,打打基础。这个方案设计到10K,非常保守吧。
如果 ...

提前预祝成功。  我还想做个网络分析仪呢!  就困在 1 扫频源上了,检测部分 用AD8302哈哈。 电桥什么的 好办 我本身就是做微波的 做一个不难。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 19:51:52 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-5 19:44
提前预祝成功。  我还想做个网络分析仪呢!  就困在 1 扫频源上了,检测部分 用AD8302哈哈。 电桥什么的  ...

这遇上玩高频的牛人了,赶紧膜拜。
10K应该只是时间问题,都有那么多版本了,东拼西凑也差不多。我对高频有条件反射似的畏惧感,想看恐怖片一般,想看,又不敢看。
头像被屏蔽

出0入0汤圆

发表于 2012-11-5 19:58:01 | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-5 20:24:49 | 显示全部楼层
Sullivan 发表于 2012-11-5 19:51
这遇上玩高频的牛人了,赶紧膜拜。
10K应该只是时间问题,都有那么多版本了,东拼西凑也差不多。我对高频 ...

哈哈 我算是 微波行业的农民了 主要是设计天线的,捎带做微波器件,都是和无源的打交道,无源的东西 设计时像个电子的,画起图像是搞机械的,做起东西像钳工,调试时像是外科医生 也是拿手术刀的。。。。。。。
说起来现在电子元件发展迅速,很多以前高端的东西降低了门槛。不过微波还是烧钱,很多东西价格不菲,即便是看起来全是铜疙瘩铝疙瘩。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-7 15:58:46 | 显示全部楼层
PCB 布局基本完成;比预想的要大,不过就我这个水平再缩小几乎没有可能,布线时布局估计会有小调整;先发出来顶顶帖子 献丑了。

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出0入0汤圆

发表于 2012-11-7 19:40:37 | 显示全部楼层
很高兴又看到有人做lcr,见原理图和pcb板,就是一位认真的工程师,持续关注中。

出0入0汤圆

发表于 2012-11-9 20:06:46 | 显示全部楼层
高人出来了吗?等着看效果了呀!!!!

出0入0汤圆

发表于 2012-11-11 11:54:46 | 显示全部楼层
留名关注啊,很看好楼主~

出0入0汤圆

发表于 2012-11-12 21:22:16 | 显示全部楼层
楼主的谦虚,我们都无地自容了

出0入0汤圆

发表于 2012-11-12 21:23:06 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-7 15:58
PCB 布局基本完成;比预想的要大,不过就我这个水平再缩小几乎没有可能,布线时布局估计会有小调整;先发出 ...

可以搞成台式,不用手持,不嫌大

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2012-11-13 08:56:38 | 显示全部楼层
本帖最后由 ddr 于 2012-11-13 09:00 编辑

现在,初步算了下,造价有点高啊。  想使用 stm32 的12位1M AD 作为 AD 采集部件,而且STM32 有2个同步AD 速度也不错,而且电路能简化;但是唯拿捏不准的是 12位AD 是否能达到想要的精度。不过看ad5933 等阻抗测试芯片内部也是 12位AD;如果信号源部分也是用AD9833 等dds 芯片的话相信电路会进一步缩小一点,而且准备使用单电源。 这样总体能便宜点。正在做电路图。而且还有重要问题是 STM32 没接触过。还要从新学习。不过 我的那个图纸上面的信号发生部分 如果做常规 正交检波方式的话 我感觉有不小优势,毕竟产生正玄波而且还有正交方波输出;而且正弦波谐波还不错,从仿真上看,不比 pwm 方式的差,高频比pwm 更有优势。

出0入0汤圆

发表于 2012-12-30 12:57:50 | 显示全部楼层
高人,开始做了没有呀?

出0入0汤圆

发表于 2012-12-30 14:05:40 | 显示全部楼层
很不错,MARK,祝楼主早日成功

出0入0汤圆

发表于 2012-12-31 22:22:31 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-3 21:01
电桥的激励信号是 200mv/p-p. 感觉问题不大,我也没有模拟电路经验。
至于增益控制,只能是试试看了,因 ...

双通道同步采样ADC或许可以选AD7862(250ksps)或ADS7862(500ksps),这样比自己搭采样保持器可靠得多。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-1-2 11:40:23 | 显示全部楼层
还在筹备中,先学下stm32,感觉用stm32 还是有优势的,买了stm32开发板学习中。又买了个便宜的虚拟示波器,花了一笔银子。不过有点不给力,买回就坏了1个通道。哎。。。。。。。。

出0入618汤圆

发表于 2013-1-2 11:48:48 | 显示全部楼层
Receiver 发表于 2012-12-31 22:22
双通道同步采样ADC或许可以选AD7862(250ksps)或ADS7862(500ksps),这样比自己搭采样保持器可靠得多。
...

12位就没必要外置了,STM32内置的就是12位1MSPS。
12位相对于LCR所需的动态范围来说不够用的,16位200KSPS以上的ADC就很贵了,妥协的做法是用音频ADC,24位192KSPS小超一下到250K估计没问题。

出0入0汤圆

发表于 2013-1-3 16:47:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 Receiver 于 2013-1-3 16:50 编辑
gzhuli 发表于 2013-1-2 11:48
12位就没必要外置了,STM32内置的就是12位1MSPS。
12位相对于LCR所需的动态范围来说不够用的,16位200KSP ...


用12bit ADC,肯定是要配合量程切换电路的,不然动态范围绝对是不够的。
不过话说回来,即使是用24bit的ADC,如果前端不切换参考电阻,也还是不够的。

这个结论简单试算一下就可以得出:
假设待测的元器件是从10^(-3) [毫欧级]到10^(+6) [兆欧级]之间,
那么整个动态范围就高达10^(+9) [即1000000000],比起2^(24) [即16777216]还是大了很多。

考虑到ADC的ENOB以及量程两个极端上的信噪比等因素,只用一个高分辨率ADC而不换档估计比较难保证量程两端的精度。
当然,高位的ADC配合量程切换电路做出来的效果肯定比低位的要好得多,而且前端电路硬件上可以省掉几个档位。

用音频ADC是个很不错的主意,价格便宜量又足。

出0入618汤圆

发表于 2013-1-3 17:32:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 gzhuli 于 2013-1-3 17:34 编辑
Receiver 发表于 2013-1-3 16:47
用12bit ADC,肯定是要配合量程切换电路的,不然动态范围绝对是不够的。
不过话说回来,即使是用24bit的A ...


我说的动态范围是针对同一个DUT的,例如10欧参考电阻测100nH @ 100k,且不说12位至少要求0.05%精度的量程电阻,两路信号不同增益还会引入额外的相位误差,使情况变得更复杂,而DIY往往缺乏足够的校准手段,所以设计要尽可能追求简单化。

出0入0汤圆

发表于 2013-1-25 16:40:18 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-13 08:56
现在,初步算了下,造价有点高啊。  想使用 stm32 的12位1M AD 作为 AD 采集部件,而且STM32 有2个同步AD  ...

正交方波 从哪里接出?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-1-25 16:53:32 | 显示全部楼层
DFT计算 不用正交方波。

出0入0汤圆

发表于 2013-1-25 17:29:41 | 显示全部楼层
图很奇怪,另存为其它格式会自动缩小到看不清楚。

出0入0汤圆

发表于 2013-1-25 18:50:25 | 显示全部楼层
祝楼主早日成功

出0入0汤圆

发表于 2013-2-28 22:17:02 | 显示全部楼层
期望是非常成功的项目.

出0入0汤圆

发表于 2013-5-25 21:11:27 | 显示全部楼层
LZ 和对DFT LCR meter有兴趣的人,可能会对开源的500ppm的LCR meter在2013 eleckor 杂志的三月四月五月版感兴趣.
笔者肯定耗费很长的时间.

出0入0汤圆

发表于 2013-5-25 23:24:44 来自手机 | 显示全部楼层
ddr 发表于 2012-11-5 20:24
哈哈 我算是 微波行业的农民了 主要是设计天线的,捎带做微波器件,都是和无源的打交道,无源的东西 设计 ...

哈哈!才知道微波行业好牛啊!我只会PcB

出0入300汤圆

发表于 2013-8-25 07:21:46 | 显示全部楼层
我倒是认为,不用给自己定太高的指标,有些东西绝对是难以逾越的.
要是原理性的试验,我看做到1k足够了,频率超过10k,要纠结的地方太多
电桥这种东西,没有批产计划,就和自己做万用表一样,完全没有任何性价比

我很久前也想做个100k的电桥测小线圈,结果最后还是买成品

出0入0汤圆

发表于 2013-9-27 09:35:46 | 显示全部楼层
LZ结果如何?

出0入0汤圆

发表于 2014-3-7 13:54:50 | 显示全部楼层
怎么没结果了

出0入8汤圆

发表于 2014-3-7 15:13:40 | 显示全部楼层
上外青山楼外楼,能人背后有能人啊1

出0入0汤圆

发表于 2015-2-5 14:00:01 | 显示全部楼层
设计时像个电子的,画起图像是搞机械的,做起东西像钳工,调试时像是外科医生
哈哈。

出0入0汤圆

发表于 2016-6-22 10:44:04 | 显示全部楼层
期待楼主的东西,不知现在做到哪一步了?

出0入0汤圆

发表于 2017-1-20 16:33:27 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-1-2 11:48
12位就没必要外置了,STM32内置的就是12位1MSPS。
12位相对于LCR所需的动态范围来说不够用的,16位200KSP ...

估大师,我现在也是想用音频ADC来同步采样电压电流信号,而且,我在想是不是可以借助于欠采样的方式,在192k的采样率下,使用200KHz以上的激励信号,毕竟,激励信号是自己主动给出来的,频率都是已知的,而且是固定频率,欠采样应该很合适
不过有一点困扰住我了,就是音频ADC内部都有数字滤波器,不知道这个会不会影响测试结果,一个是影响带宽,一个是影响相位,滤波器有相位延迟。

出0入0汤圆

发表于 2017-8-11 21:23:25 | 显示全部楼层
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