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想做个自动量程的简易万用表,画了图请指点

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出0入0汤圆

发表于 2013-6-8 17:09:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
RT,自动量程由继电器实现如图

AD部分与AD输入端

然后就是MCU部分了,不知道还存在什么问题或有什么好的建议,请指点一下

对于继电器的选择是选12V的好,还是选5V的好呢,12V需要的电流小点,但不好控制要考虑隔离的问题,选5V继电器系统中可能同时2个继电器闭合对系统电源会不会影响很大?


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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 2013-6-8 17:12:36 | 显示全部楼层
我是来参与讨论的,量程多大啊?为什么选择继电器作为自动量程切换元件啊?

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 17:16:12 | 显示全部楼层
365mcu 发表于 2013-6-8 17:12
我是来参与讨论的,量程多大啊?为什么选择继电器作为自动量程切换元件啊? ...

1、电压输入范围0~250V,电流最大应该能到8A,电阻可以达到10M把

2、选用继电器是好买,也不贵,如果采用低导通电阻的模拟开关不太好买也贵

出0入0汤圆

发表于 2013-6-8 17:50:01 来自手机 | 显示全部楼层
电压用模拟开关,电流得用分立mosfet,比你继电器省多了

出0入85汤圆

发表于 2013-6-8 17:52:47 来自手机 | 显示全部楼层
跟随用358太菜了吧,失调大,漂移大

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 18:40:36 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-8 17:52
跟随用358太菜了吧,失调大,漂移大

嗯,用其他的运放又要双电源不好弄,有什么好用的推荐下吗

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 18:42:20 | 显示全部楼层
again 发表于 2013-6-8 17:50
电压用模拟开关,电流得用分立mosfet,比你继电器省多了

电压不好用模拟开关最大有250V的输入不好把,分立mosfet不知道怎么用,能指点下吗

出0入0汤圆

发表于 2013-6-8 19:13:15 | 显示全部楼层
就一个问题,输入为0,输出可以为零吗。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 19:17:30 | 显示全部楼层
snoweaglemcu 发表于 2013-6-8 19:13
就一个问题,输入为0,输出可以为零吗。

嗯,可以的,AD7705内部有零校准功能,启动每个通道测量时校准一次就可以了,这样的话我在AD7705的模拟输入端加个下拉

出0入0汤圆

发表于 2013-6-8 19:17:39 | 显示全部楼层
专用芯片多好

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 19:19:49 | 显示全部楼层
Vmao 发表于 2013-6-8 19:17
专用芯片多好

嗯,其实是一个江西省电赛的一个题目已经比完了,题目要求不能使用专用芯片,这也算训练把

出0入0汤圆

发表于 2013-6-8 19:32:24 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-8 18:42
电压不好用模拟开关最大有250V的输入不好把,分立mosfet不知道怎么用,能指点下吗 ...

当然是不能直接输入高压到模拟开关了,比如分压后输入,方法很多的!你去看看商品类表用的IC,比如富晶http://www.ic-fortune.com.cn/new_product3_3.asp

出0入0汤圆

发表于 2013-6-8 19:36:59 | 显示全部楼层
搜搜论坛LCR表电路图你会有收获的

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 19:46:07 | 显示全部楼层
again 发表于 2013-6-8 19:36
搜搜论坛LCR表电路图你会有收获的

嗯,好的,多谢

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 20:33:01 | 显示全部楼层
again 发表于 2013-6-8 19:32
当然是不能直接输入高压到模拟开关了,比如分压后输入,方法很多的!你去看看商品类表用的IC,比如富晶ht ...

你好,看了下你说的商品类表用的IC他的电压测量部分说明如下

是不是可以用模拟开关像他这样做

但是这样输入阻抗这么高小信号能测量准确吗,不是很容易收到干扰,10M这样的电阻也很难找到准确的

论坛看了下LCR表你想说的是先衰减,然后通过运放加模拟开关程控放大进行测量吗,AD7706内部有一个PGA用了下,在小信号通过衰减后放大再测量效果不理想

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出0入85汤圆

发表于 2013-6-8 21:02:04 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-8 19:17
嗯,可以的,AD7705内部有零校准功能,启动每个通道测量时校准一次就可以了,这样的话我在AD7705的模拟输 ...

你说的校准只是自校准吧,系统校准还要靠你的电路上设计出来

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-8 21:07:36 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-8 21:02
你说的校准只是自校准吧,系统校准还要靠你的电路上设计出来

不是的,手册上有我用了很好用

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出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 09:57:29 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-8 20:33
你好,看了下你说的商品类表用的IC他的电压测量部分说明如下

是不是可以用模拟开关像他这样做

但是这样输入阻抗这么高小信号能测量准确吗,不是很容易收到干扰,10M这样的电阻也很难找到准确的


1、取决于你的输入调理电路的输入阻抗和设计的分辨率,如果输入调理电路的输入阻抗为 1G,10M 电阻会产生 1/100 的误差。



2、确实很容易被干扰,但在较低分辨率尺度上不明显,高分辨率的表通常用一个继电器切换高低压量程,一些手持表也(通过档位切换)这样,在测量小信号的时候去掉那个 10M 电阻



高位表常用结构:



3、万用表通常用 Coddock 1776 系列分压电阻,内部有一个很好的 10M

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出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 10:08:46 | 显示全部楼层
选5V继电器系统中可能同时2个继电器闭合对系统电源会不会影响很大?

用磁保持继电器



选用继电器是好买,也不贵,如果采用低导通电阻的模拟开关不太好买也贵

磁保持继电器还挺贵的   电压测试和电阻测试这边,模拟开关的电阻影响是不大的;电流那边肯定是继电器



嗯,用其他的运放又要双电源不好弄,有什么好用的推荐下吗

AD8628、8552,低失调、低飘逸、低输入偏置、单电源,输入和输出轨到轨的运放



嗯,可以的,AD7705内部有零校准功能,启动每个通道测量时校准一次就可以了,这样的话我在AD7705的模拟输入端加个下拉

他的意思是你的输入调理电路(具体说就是你的运放 LM358)输出不为 0,这是 ADC 管不了的;当然,16 楼说了,这个可以用附加电路实现;我的 voltgen 中讨论了如何实现的实例。




我作为万用表误差分析用的简易万用表实例


输入调理,高低压切换和电流切换是继电器

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出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 13:22:05 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-8 21:07
不是的,手册上有我用了很好用

你标注的部分是系统校准的,但我在你的电路图中没有发现你能做系统校准的电路部分,另外说下即便是做系统校准,7705的两个通道是都需要做系统校准的

出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 13:28:24 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-8 19:17
嗯,可以的,AD7705内部有零校准功能,启动每个通道测量时校准一次就可以了,这样的话我在AD7705的模拟输 ...

单纯的加个下拉那可是不行的,还要保证与外部其他电路断开,还有就是你这样做最多只能做系统偏移校准,做不了增益校准的,偏移和增益校准应该成对出现才有效

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 16:45:34 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-9 10:08
选5V继电器系统中可能同时2个继电器闭合对系统电源会不会影响很大?

用磁保持继电器

嗯,谢谢你的详细解答,学习了,我测试AD7705在测试高阻抗小信号时测量不准,所以才想到加一个跟随器作为缓冲器,没想到又引入了这么多的误差,
看了下你电源的贴子有这样一个电路

这个电路效果也是跟随器把它和单纯的跟随器电路有什么好处吗,

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 16:50:08 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-9 13:28
单纯的加个下拉那可是不行的,还要保证与外部其他电路断开,还有就是你这样做最多只能做系统偏移校准,做 ...

嗯,我测试时在AD7705的输入端施加一个稳定的电压,然后做零刻度校准后它的输出就是0,所以当外界没有输入的时候做零刻度校准应该是可以消除系统的零飘的把。
加入这个跟随器是因为我在测试高阻抗小信号时AD7705出来的数据不准所以想加入这样一个跟随器又引入了这么多问题

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 18:31:46 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 16:45
嗯,谢谢你的详细解答,学习了,我测试AD7705在测试高阻抗小信号时测量不准,所以才想到加一个跟随器作为 ...

是防止运放自激,如果运放稳定不用这样也可以,取决于运放的幅频/相频特性,OP07/27...什么的处理一下比较好。


++++++++++
我测试时在AD7705的输入端施加一个稳定的电压,然后做零刻度校准后它的输出就是0,所以当外界没有输入的时候做零刻度校准应该是可以消除系统的零飘的把
++++++++++

7705 的 Offset CAL 比较奇葩?我用的 ADS12xx,LTC24xx,它们的 Offset CAL 是针对芯片的差分输入两端而作,不管外部的,也就是说其校准的是芯片自身的 Offset 而不是做 NULL 运算,7705 你的描述就是做 NULL。当然这样做也没什么不可以,不过要注意 358 的失调漂移比较大,除非每一个测量周期都校准否则还是很麻烦,AD8628 什么的,漂移很小,好像是 0.002uV/摄氏度,可以认为不存在漂移。我的 Voltgen 里面不舍得用昂贵的运放,就用模拟开关和单片机程序来实现这个步骤了,所以运放烂不烂关系也不是非常大,不过有一点



++++++++++
我测试AD7705在测试高阻抗小信号时测量不准,所以才想到加一个跟随器作为缓冲器
++++++++++


LM358 的输入偏置电流很大的,虽然不清楚 7705 是多大,但对于高阻抗信号来说,358 显然不够用,我推荐的 8628 好像是 30pA(我的 voltgen 用的是 LT1055,10pA),这个对大多数情况来说都够用了,如果需要更高输入阻抗,就需要用 fA 级运放甚至自己用 fA 级 JFET 搭了。

出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 18:41:26 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 16:50
嗯,我测试时在AD7705的输入端施加一个稳定的电压,然后做零刻度校准后它的输出就是0,所以当外界没有输 ...

系统校准不应该是这样的,你的电路中要配置这个校准部分,每次开机时应该自动做,但系统校准只校准0点是没有意义的,最多只能保证0输入0输出,系统校准应该做0点的校准和增益的校准这样才有意义,这样做完之后就可以使用Y=KX+B的模型了,这样对精度才有所改善

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 19:50:02 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-9 18:31
是防止运放自激,如果运放稳定不用这样也可以,取决于运放的幅频/相频特性,OP07/27...什么的处理一下比 ...

嗯,我实验时7705的零刻度校准是这样的,输入固定电压零校准后输出就是零,
找份7705的中文资料看了下是1nA最大

再看了下358的确实是太大了

谢谢你的解答

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 19:53:52 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-9 18:41
系统校准不应该是这样的,你的电路中要配置这个校准部分,每次开机时应该自动做,但系统校准只校准0点是 ...

嗯,貌似明白你的意思了,找了份中文手册看了下也有说道

也就是说测量前先做一次零刻度校准,再做一次满刻度校准,然后根据得到的数据建立你说的Y=KX+B模型,是这样的吗,谢谢你的解答

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出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 19:59:30 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 19:50
嗯,我实验时7705的零刻度校准是这样的,输入固定电压零校准后输出就是零,
找份7705的中文资料看了下是1 ...

这个1nA的电流是buffer开启以后的输入电流吧?我记得buffer不开貌似没有这么低的电流,开启buffer还应该注意共模电压范围

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 20:14:55 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-9 19:59
这个1nA的电流是buffer开启以后的输入电流吧?我记得buffer不开貌似没有这么低的电流,开启buffer还应该 ...

嗯,这里也没有仔细说明
说到它的BUFFER我还是不太明白是怎么用的,当我开启BUFFER时输出就始终为0,不知道怎么回事,

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出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 20:46:18 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-8 19:17
嗯,可以的,AD7705内部有零校准功能,启动每个通道测量时校准一次就可以了,这样的话我在AD7705的模拟输 ...

……!汗一个!模拟功底不行,万用表、示波器玩的就是模拟功底,
建议你不要用16BIT的ADC,用10B的就够了,16BIT的ADC要考虑的
模拟细节太多了,例如:模拟选通4052,当它导通时是有上百OM的电阻,
这电阻值是随温度变化的,而且每个厂家的都不一样,即使是不导通时
也会有一个偶合电容,当然这些你没有考虑的话16BIT就画蛇添足了。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 20:50:46 | 显示全部楼层
2013江西省自选赛C题,我当时选的就是这个。答辩的时候被那老师伤到了。至今尚未愈合。。。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 20:53:08 | 显示全部楼层
loohoo0302 发表于 2013-6-9 20:46
……!汗一个!模拟功底不行,万用表、示波器玩的就是模拟功底,
建议你不要用16BIT的ADC,用10B的就够了 ...

嗯,这方面能力确实差点所以还望指点,模拟开关道电阻确实会有比较大的影响,所以才选用继电器的

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 20:54:52 | 显示全部楼层
loveye21 发表于 2013-6-9 20:50
2013江西省自选赛C题,我当时选的就是这个。答辩的时候被那老师伤到了。至今尚未愈合。。。 ...

你好 ,我当时做的和这个方案差不多,不知道你是怎么做的,怎么被伤了

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 21:09:54 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 20:54
你好 ,我当时做的和这个方案差不多,不知道你是怎么做的,怎么被伤了 ...

设计存在BUG,测电压时因为加了量程自动切换功能,继电器没打到位,50V时直接挂掉。

我学校的另一组也是在测电压时因为评委疏忽,把实验电源调到500mA,芯片挂掉了。

PS一个插曲,测电流时因为评委操作不当,把自己的万用表烧掉两个。 因为我在一旁多说了几句话,惹的他很不高兴。然后到最后顶了他几句。然后就没有然后了。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 21:12:44 | 显示全部楼层
loohoo0302 发表于 2013-6-9 20:46
……!汗一个!模拟功底不行,万用表、示波器玩的就是模拟功底,
建议你不要用16BIT的ADC,用10B的就够了 ...

没那么夸张,16bit 也就是正负 32,768 刻度,考虑到校准留出的余量,也就是 4 位半万用表的程度,一般 40xx 系列模拟开关的影响在这里还是可以忽略的,

比如你说的“它导通时是有上百欧姆的电阻”

这种影响,我几乎想不出会导致任何问题;其实问题更大的是“即使是不导通时也会有一个偶合电容”,但万用表的速度很低,所以几乎也是没有问题的,倒是如果用于高速模拟电路比如示波器、LCR 电桥什么的需要考虑。还有就是模拟开关的输出和输出在电源偏置附近的非线性,这个也是非常小,在 16bit 分辨率尺度能忽略的问题;关断时模拟开关会有一点漏电流,这个问题可能在 16bit 分辨率下表现最大,如果用来做电阻测量的切换开关,而测量的电阻值很大的话,漏电流是有影响的,不过输入调理电路也有漏电流、输入偏置电流,所以分辨率尺度不高的话,也不见得需要考虑太多。

出0入0汤圆

发表于 2013-6-9 21:22:05 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 20:14
嗯,这里也没有仔细说明
说到它的BUFFER我还是不太明白是怎么用的,当我开启BUFFER时输出就始终为0,不知 ...

看看是不是输入共模电压范围不对;另外,可以这样大致评估输入偏置电流的大小,

1、将模拟差分输入 IN+ 和 IN- 短路,执行失调校准,完毕后应该显示 0
2、在 IN+ 和 IN- 之间跨接一个电阻,比如 100K,假设有 1nA 输入偏置电流,那么会有 100uV 的读数

只是大致评估,输入偏置电流和 IN+/IN- 之间电压差(输入差分电压),它们偏置到的电压(输入共模电压),温度,等等都有关系。

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 21:33:04 | 显示全部楼层
loveye21 发表于 2013-6-9 21:09
设计存在BUG,测电压时因为加了量程自动切换功能,继电器没打到位,50V时直接挂掉。

我学校的另一组也是 ...

嗯,我是叫他最后测试高电压的,先把后面的功能测试了下,也担心被烧掉,实验室又没有这么高的直流电源没实验

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-9 21:34:30 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-9 21:22
看看是不是输入共模电压范围不对;另外,可以这样大致评估输入偏置电流的大小,

1、将模拟差分输入 IN+  ...

嗯,好的明天到实验室实验一下

出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 22:03:29 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 20:14
嗯,这里也没有仔细说明
说到它的BUFFER我还是不太明白是怎么用的,当我开启BUFFER时输出就始终为0,不知 ...

buffer打开时是要求共模电压的,你达不到 共模电压自然输出就不正常了,手册上写着开启buffer后最低输入为gnd+50mV

出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 22:06:39 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-9 21:22
看看是不是输入共模电压范围不对;另外,可以这样大致评估输入偏置电流的大小,

1、将模拟差分输入 IN+  ...

这个偏置电流可有固定的流向?IN+到IN-,还是反过来?

出0入85汤圆

发表于 2013-6-9 22:09:35 | 显示全部楼层
loohoo0302 发表于 2013-6-9 20:46
……!汗一个!模拟功底不行,万用表、示波器玩的就是模拟功底,
建议你不要用16BIT的ADC,用10B的就够了 ...

我记得多路模拟开关的导通电阻还随着输入电压变化的

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-10 11:03:34 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-9 21:22
看看是不是输入共模电压范围不对;另外,可以这样大致评估输入偏置电流的大小,

1、将模拟差分输入 IN+  ...

刚做了如下测试,手册上有个工作凡是选择为位,选择是单极性还是双极性,由于我的IN-是接地的所以之前一直是选择单极性工作方式,刚才试了下选双极性,只做自校准,输出的值很大,短接IN+和IN-输出变小点也是很大,有点不太明白双极性是怎么一回事了,双极性工作时他的参考在哪里是芯片的GND吗这样的话也不应有这么大的输出啊。
由于我的硬件上IN+到地串接了两个电阻一个510K的一个10K的,按照你说的,自校准完成后短接IN+和IN-输出确实为0,不短接时输出量化值93,我的参考是2.5V电压大概为3.5MV,然后我短接掉那个510K的电阻输出量化值为81大概为2.7MV,短接10K电阻影响很小,而且这两个值有一定的跳动。
实验中我还发现了我硬件上的一个问题,如图我的实验电路大概是这样的

我的那个IN-是连在AGND上的,而我的两个电阻是串接到了GND上,直接有个10uh的电感,我用万用表量了下,AGND的电压要高出GND的电压2MV左右,然后我把IN+短接到GND输出其实接近2MV,所以偏置电流是不是可以这样计算,安照串接的520K电阻来算是(3.5-2)mv / 520K 大约为 2.9*10^ -9 A =  2.9nA  安照串接的是10K电阻来算是 (2.7 - 2)mv / 10k = 70*10^ -9 A = 70nA ,这两个结果相差很大而且和手册上的最大1nA也不符合,或者像marshallemon网友说的1nA是在开启缓冲器下的,上面测试都没有使用缓冲器。
然后接下来测试了开启缓冲器的单极性工作时的共模电压要在10MV以上才有输出,这些就是今天上午的测试结果,望指点下

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 楼主| 发表于 2013-6-10 11:05:17 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-9 22:09
我记得多路模拟开关的导通电阻还随着输入电压变化的

你好,我按照lilith的测试方法做了下测试在楼上能帮我看下,指点下吗,谢谢

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 11:19:24 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-9 22:09
我记得多路模拟开关的导通电阻还随着输入电压变化的

随着输入电压、(电源)偏置电压变化而变化,随温度上升而劣化。下面是 CD4051/52 手册的曲线






数据表,注意各通道间导通电阻差异,以及 Ron 和 BIAS 电压关系




由此可见,

1、偏置电压越高,导通电阻越低
2、偏置电压越高,导通电阻受输入电压变化而变化的变化率越低
3、偏置电压越高,各通道间导通电阻差异越小

所以偏置电压在能接受的范围内越大越好。

此外,温度高会劣化导通电阻性能,还会劣化模拟开关更重要的一个性能,漏电流!



所以,在需要的时候还必须考虑这个问题。

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-10 11:22:24 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-9 21:22
看看是不是输入共模电压范围不对;另外,可以这样大致评估输入偏置电流的大小,

1、将模拟差分输入 IN+  ...

会不是这两个地之间的压差让我之前测试MV级别的低电压时一直不准10MV记得相差好像就是2个MV测量值要小在8mv好像,但是之前都做了零校准应该可以消除这个压差的啊,想不明白,我还是再实验下看看

出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-10 11:29:19 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 11:19
随着输入电压、(电源)偏置电压变化而变化,随温度上升而劣化。下面是 CD4051/52 手册的曲线

学习了,之前一直都不太关注芯片手册上的这些图和条条框框,只是大概的看下基本使用方法,看来芯片手册上的说到的每个问题都不能被忽视

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 11:38:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 lilith 于 2013-6-10 11:40 编辑
tianheiGE 发表于 2013-6-10 11:03
刚做了如下测试,手册上有个工作凡是选择为位,选择是单极性还是双极性,由于我的IN-是接地的所以之前一 ...


有点不太明白双极性是怎么一回事了,双极性工作时他的参考在哪里是芯片的GND

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所谓双极性,就是差分输入端 IN+ 和 IN- 相对参考点输入信号可以比参考点高也可以比参考点低,比如集成运放,Vs+ 偏置到正电源,Vs- 偏置到负电源,所以只要在输入共模电压范围内,IN+ 和 IN- 可以是从 Vs- + VCMp to Vs+ - VCMp',而且既可以是 IN+ 比 IN- 高也可以是 IN+ 比 IN- 低。但是你用的 AD7705 可能是 Sigma-Delta 或 Sample 型 ADC,这样的 ADC 可能不提供负电源的偏置,因此你无法输入比 GND 更低的电压,所以如果你以 GND 为参考点,那么这个 ADC 的输入就是单极性的。但如果是全差分输入,可以通过改变差分输入的参考点把它变成双极性的,比如把 IN- 偏置到 Vref/2 的位置,然后以 IN- 为参考点,那么 IN+ 就能输入(以参考点) (+Vref/2 to -Vref/2)/Gain 的范围。


以常见的手持万用表测量电压为例,看出来双极性输入的时候,分压电阻的走法和你的有什么不同了吗?

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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2013-6-10 11:39:00 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 11:19
随着输入电压、(电源)偏置电压变化而变化,随温度上升而劣化。下面是 CD4051/52 手册的曲线

奇怪了,刚下载前几天那个测电压的程序,只做只校准和零刻度校准,然后再测试发现比较准确了,在5mv的时候都能和万用表的读数差不多,难道是环境温度的影响?今天下雨了凉快点,这样的话也太。。。。还是我前几天测试有问题

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 楼主| 发表于 2013-6-10 11:47:45 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 11:38
有点不太明白双极性是怎么一回事了,双极性工作时他的参考在哪里是芯片的GND

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嗯,明白你的意思了,又翻了下手册你说的和芯片手册上的一样

确实是这样的,是我没仔细看明白手册上说的,学习了膜拜下

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 楼主| 发表于 2013-6-10 11:55:43 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 11:38
有点不太明白双极性是怎么一回事了,双极性工作时他的参考在哪里是芯片的GND

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图中把芯片IN-的参考点选在了Vref/2的位置并把外界的输入参考点也接在了这个点上,这样外部的电路不会影响到这个参考电压吗

出0入0汤圆

发表于 2013-6-10 12:01:56 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-9 22:09
我记得多路模拟开关的导通电阻还随着输入电压变化的

刚才贴了 405x/DG4xx 模拟开关的一些数据,我前面说了,在 16bit(4 位半万用表)尺度,这个电阻的影响差不多是可以忽略的,这个可以定量分析,比如我的简易万用表误差分析模型中,Vdd 偏置到 9V,Vee 偏置到 -5V,Vcc to Vee 差不多 15V(14V 嘛),可以套用手册上 15V 的数据,那么 Ron 就只有 100 多欧姆,Ron 随着输入电压的变化也只有十几欧姆,这就是为何我要用那么高偏置电压的缘故。

然后,模拟开关是用于以下场合的,

1、测量电压的时候选择分压电阻,这里有两个模拟开关,开关 A 串联在分压电阻中,走的是高阻抗电流信号,信号阻抗 >10M OHM;开关 B 串联在分压节点和 ADC(输入前端电路)之间,走电压信号,信号阻抗根据选择的分压电阻变化,在 1K~1M 之间;输入阻抗(ADC/前端)很高,一般设计上 >10G OHM,所以不管是哪个,模拟开关 100 多欧姆电阻和十几欧姆的电阻变化,导致的影响有多大呢?比如串联在分压电阻中的开关 A,100 欧姆 / 10M OHM,大概是 10ppm 的影响,对 6 位半万用表来说是 10 个字,所以 6 位半万用表不能采用这样的电路;而 4 位半万用表就是 0.1 个字,有问题吗?没有;电阻的变化也是,在 6 位半万用表中,有几个字;4 位半万用表,零点零几个字。



2、测量电流的时候选择分流电阻的电压端子(电流端子肯定只能用继电器/档位开关),此时源阻抗很低,零点零几欧姆到数欧姆;输入阻抗很高,10G OHM...有什么问题吗?



3、问题来了,测试电阻的时候选择参考电阻,这个问题是最大的,如果参考电阻只有 100 欧姆,模拟开关也是 100 欧姆,那问题实在是比较大,因为会导致测试电流变得比较小;不过如果用模拟开关切换的电阻有数 K OHM,测试电流最大 1mA 这样,问题还是没有的,可以接受。如果要模拟开关选择更大的测试电流,那么最好还是用更低电阻的模拟开关;然后就是模拟开关的电阻变化,它导致测试电流变化了,可是测试电流本身也会随着被测电阻 Rx 的变化而变化,所以这个问题也只能当作没有了。



当然上述分析针对的是手持万用表的比例法,台表通常用恒流源法,模拟开关的电阻变化导致的电流变化会被运放修正,所以也是没有问题的

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发表于 2013-6-10 12:16:09 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-10 11:55
图中把芯片IN-的参考点选在了Vref/2的位置并把外界的输入参考点也接在了这个点上,这样外部的电路不会影 ...

这个问题,你再看一下我的这个图中的彩色电流方向线条,看看紫色和其它颜色:






所以,外部的电路如果和你的 ADC 的电路不共地,两者有一个是浮置的或两者均浮置,那么电流走向就是上述走向,有影响吗?当然,这里是一个很理想的分析,实际上你的浮置装置(不管是测试设备/ADC,还是待测设备比如一个电源)和大地之间会有一些耦合(比如供电的变压器等),会有一些共模干扰,这些都是在设计上需要考虑的细节问题。而有时候你的待测信号和你的模拟电路/ADC 不得不共地,所以就不能这样“做”,但还是可以这样“做”,偏置还是偏置,但对输入信号做一点调理,把它的参考点用电路挪到你的 ADC 偏置点上。


几个输入调理电路:




一个应用实例:

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 楼主| 发表于 2013-6-10 17:32:06 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 12:16
这个问题,你再看一下我的这个图中的彩色电流方向线条,看看紫色和其它颜色:

基础不太好花了一下午时间消化了下你给的几个图,请你看下是否是这样分析,还有那几个模拟开关的应用的图有些地方还是不太明白我再看看



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出0入85汤圆

发表于 2013-6-10 19:41:27 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 12:16
这个问题,你再看一下我的这个图中的彩色电流方向线条,看看紫色和其它颜色:

麻烦washu把你的DIY的万用表的完整原理图传一下,我好学习一下

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发表于 2013-6-10 20:38:57 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-10 19:41
麻烦washu把你的DIY的万用表的完整原理图传一下,我好学习一下

那是我在矿坛开的一个“一步一步”贴建立的分析模型,虽然有实物,但目前还不是一个完整的万用表,目前还在“误差分析”阶段,接下来还有消除误差、测量保护、另外的调理电路,等等,所以并没有一个“完整”的原理图。

目前做出来的误差分析模型的图是这样的

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发表于 2013-6-11 09:12:34 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-10 20:38
那是我在矿坛开的一个“一步一步”贴建立的分析模型,虽然有实物,但目前还不是一个完整的万用表,目前还 ...

这个图太不清晰了,麻烦传个PDF版给我学习下,谢谢了

出0入85汤圆

发表于 2013-6-11 15:20:00 | 显示全部楼层
看了看你的图,测电阻没看懂,麻烦说下

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发表于 2013-6-11 15:33:13 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-9 19:53
嗯,貌似明白你的意思了,找了份中文手册看了下也有说道

也就是说测量前先做一次零刻度校准,再做一次满 ...

是的,包括切换通道都需要重新做系统校准

出0入85汤圆

发表于 2013-6-11 15:56:25 | 显示全部楼层
tianheiGE 发表于 2013-6-10 11:03
刚做了如下测试,手册上有个工作凡是选择为位,选择是单极性还是双极性,由于我的IN-是接地的所以之前一 ...

lilith所说的输入偏置电流的测试与你所做的有些不同,他说的是断开你AD外围的模拟连接,做自校准,做完后使用一个电阻跨接到in+和in-上,由此来看读数,另外要保证你的AD设置是对的,看你的电路应该是单极性,如果你要测试偏置电流的话,buffer应该不能开,因为这样一旦开启buffer,共模输入电压的要求满足不了,

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发表于 2013-6-11 19:20:49 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-11 09:12
这个图太不清晰了,麻烦传个PDF版给我学习下,谢谢了

呃,原图是很清晰的 PNG 格式,传上来就被缩小了   试试看 JPG

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发表于 2013-6-11 19:22:44 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-11 15:56
lilith所说的输入偏置电流的测试与你所做的有些不同,他说的是断开你AD外围的模拟连接,做自校准,做完后 ...

JPG 没问题,你看看下。

另外,他可以通过把偏置点挪到 Vref/2 解决输入共模电压范围问题,貌似 7705 输入共模电压范围还大了,我用那个 ADS1232,开内部 PGA,输入共模电压是 Vcc-1.5V~GND+1.5V

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发表于 2013-6-11 20:48:23 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-11 19:22
JPG 没问题,你看看下。

另外,他可以通过把偏置点挪到 Vref/2 解决输入共模电压范围问题,貌似 7705 输 ...

这个图很清晰了,学习下,我看mengxin的MX6.5和lijianzhao 5.5电压表都是这样做的,用一个OP来产生虚拟地,请问你那可有关于模拟开关方面的资料?想仔细的学习下

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发表于 2013-6-12 00:09:20 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-11 20:48
这个图很清晰了,学习下,我看mengxin的MX6.5和lijianzhao 5.5电压表都是这样做的,用一个OP来产生虚拟地 ...

是的,通过一个运放(或等效电路)产生一个 Analog Comm 是通行的做法,其实我们日用的手持三位半(尤其是基于 ICL7106 的传统)表就是这样的(没有用 OP,具体原理分析一下就知道),MX 前辈他们也是用类似的方式处理的,我去年基于我的 Voltgen 提出了另外的处理方式并总结出数个不同的调理电路,然后开展了那个帖子试图一步一步分析其中的误差和解决方法,不过我没有 MX 和 lijianzhao 那么有恒心,所以只是偶尔有心情动一下

我的那个简易万用表模型就是从传统 ICL7106 手持三位半万用表接结构出发(我在矿坛去年底的帖子里说明了),然后试图一步一步分析这样做的原理和误差分析,最后把它归结到我的 Voltgen 中的电路结构去;前面我也给出了一个实例,用运放把一个共地信号挪到以偏置点为参考(实际上是一个加法器)上,那么那个 2.5V 偏置点缓冲电路实际上和 MX6.5/lijianzhao 的,本质上也差不多,不过我能做的事情更多(主要是满度增益的自校准)、对共模干扰的抑制、对噪声的抑制更强一些。

模拟开关什么的,都是从手册上的数据和自己实测得出的,我也没有更好的进一步学习的资料 早期高位表没有成型的优良商品模拟开关元件,普遍用多个 JFET 共同构成现代我们看到的很简单的模拟开关结构,这也是可以参考的珍贵资料,比如 HP 3455 的服务手册,对理解高位多斜积分 ADC/模拟开关构成运用和补偿,有很好的帮助。

出0入85汤圆

发表于 2013-6-12 13:43:25 | 显示全部楼层
lilith 发表于 2013-6-12 00:09
是的,通过一个运放(或等效电路)产生一个 Analog Comm 是通行的做法,其实我们日用的手持三位半(尤其 ...

感谢您的回复,我偶尔也玩玩表,但最多也只是6.5,再高的烧不起,HP3468,HP3478,FLUKE8842,这都是原来拥有过的表,但个人感觉这些表集成度太高,想学习不容易,现在手头除了MX6.5,ag34401还有一台吉时利191,和一个国产6.5 HG1963,这两台表想认真学习下,吉时利191很好,信号切换部分用的JFET,AD部分用的多斜II积分都是分立的,HG1963是用两个积分型AD合成的高位,虽然速度很慢,但我觉得思想很值得学习一下,可惜这表没资料,只能有空把电路图扒一扒

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发表于 2013-6-12 21:42:50 | 显示全部楼层
marshallemon 发表于 2013-6-12 13:43
感谢您的回复,我偶尔也玩玩表,但最多也只是6.5,再高的烧不起,HP3468,HP3478,FLUKE8842,这都是原来拥 ...

其实 34x8 只是把模拟开关和网络电阻集成到一个 ASIC 里面,通过这个工艺获得无与伦比的性能(一直到 3458),但原理图中这个 ASIC 内部结构是有给出的,可以自己分解;多斜 I/II/III 的结构也是公开的,可以自己用模拟开关、运放来搭,在今天模拟开关更容易获得,反而 JFET 不好买的情况下,学习 HP 3455、3456、3478 也差不多的,当然 191 也不错。

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发表于 2018-11-27 21:37:15 | 显示全部楼层
好贴,mark

出0入0汤圆

发表于 2019-3-4 20:28:13 | 显示全部楼层
我也在做,不知道怎么能提高转换速度
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