做一个USB接口的万用表模块

Jonassen · 发表于 2020-2-13 20:04:55

DMM_2020 发表于 2020-2-13 15:12
2mA档，5位半时采样率100SPS，最小分辨率10nA，不知道能不能满足您的要求？

100sps有点低吧，ST的 X-NUCLEO-LPM01A功耗测量板的动态测量可以达到3.2Msamples/s,
电流从100 nA to 50 mA。

The X-NUCLEO-LPM01A expansion board has the following features:
•Data acquisition and data treatment unit: STM32L496VGT6 Ultra-low-power MCU with 80 MHz/100 DMIPS Arm® Cortex®-M4 core, 1 Mbyte of Flash memory, 320 Kbytes of SRAM, 3x 12-bit ADC at 5 Msamples/s, 2 x comparators
•Programmable voltage source from 1.8 V to 3.3 V
•Static current measurement from 1 nA to 200 mA
•Dynamic measurements:
–100 kHz bandwidth, 3.2 Msamples/s sampling rate
–Current from 100 nA to 50 mA
–Power measurement from 180 nW to 165 mW
–Energy measurement computation by power measurement time integration

关于这个动态电流测量，有两个疑问：
1、在板上没有看到继电器，想了解一下动态量程切换使用什么方式来实现呢？

2、红框中电路的作用不是很理解，望知道的大神指点指点。

这个图详见与下面的用户手册24页。

N_EMBED · 发表于 2020-2-13 20:08:12

DMM_2020 发表于 2020-2-13 19:43
感谢支持！！！，不能让这个帖子沉了

提醒一下楼主，用大字体违反版规，可能然后就没有然后了

ddcour · 发表于 2020-2-13 20:21:23

选USB，不是一个好的开始！

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 20:31:43

N_EMBED 发表于 2020-2-13 20:08
提醒一下楼主，用大字体违反版规，可能然后就没有然后了

感谢提醒，已修改

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 20:32:16

本帖最后由 DMM_2020 于 2020-2-13 20:33 编辑

Jonassen 发表于 2020-2-13 20:04
100sps有点低吧，ST的 X-NUCLEO-LPM01A功耗测量板的动态测量可以达到3.2Msamples/s,
电流从100 nA to 50 ...

模拟开关，或者固态继电器，光MOS，里面的ONE—shunt就是那个开关呀

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 20:33:45

ddcour 发表于 2020-2-13 20:21
选USB，不是一个好的开始！

接口都是小事情，可以扩展，

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 20:34:57

Jonassen 发表于 2020-2-13 20:04
100sps有点低吧，ST的 X-NUCLEO-LPM01A功耗测量板的动态测量可以达到3.2Msamples/s,
电流从100 nA to 50 ...

至于采样率，还是要看动态范围，使用1uA档测量10nA和使用1mA档位测量10nA，查了3个数量级

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 20:36:25

Name_006 发表于 2020-2-13 20:03
向楼主学习

三人行必有我师，相互学习

lcw_swust · 发表于 2020-2-13 20:47:33

不错哟，看着挺复杂的。
我也想做个万用表，出差用，想把体积做得尽量小，精度要求不高，估计就用单片机自带的ADC就行

。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 20:51:46

lcw_swust 发表于 2020-2-13 20:47
不错哟，看着挺复杂的。
我也想做个万用表，出差用，想把体积做得尽量小，精度要求不高，估计就用单片机自 ...

那建议你还是买个大品牌的吧，自己做划不来

正点原子 · 发表于 2020-2-13 21:53:23

帮顶，早日做出来

DMM_2020 · 发表于 2020-2-13 22:04:45

正点原子发表于 2020-2-13 21:53
帮顶，早日做出来

感谢支持，一定努力

neqee · 发表于 2020-2-13 22:09:39

支持楼主，希望能成功！

xtwhf · 发表于 2020-2-13 22:25:06

DMM_2020 发表于 2020-2-13 19:43
感谢支持！！！，不能让这个帖子沉了

暂时顶你上天！记得打开降落伞！沉底时我再顶你

相由心生 · 发表于 2020-2-14 00:45:26

烂尾的可能性很大，人总要坚持做一件事情。
坚持烂尾人生
不好意思，有点毒舌，不过好过于不慎始而不善终。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 08:13:18

相由心生发表于 2020-2-14 00:45
烂尾的可能性很大，人总要坚持做一件事情。
坚持烂尾人生
不好意思，有点毒舌，不过好过于不慎始而不善终 ...

感谢支持，忠言逆耳

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 08:13:42

xtwhf 发表于 2020-2-13 22:25
暂时顶你上天！记得打开降落伞！沉底时我再顶你

感谢支持！

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 08:14:05

neqee 发表于 2020-2-13 22:09
支持楼主，希望能成功！

谢谢

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 10:49:38

本帖最后由 DMM_2020 于 2020-2-14 10:53 编辑

外形示意图。
HI--LO  交直流电压，两线电阻，通断，二极管；
HS--LO  交直流电流；
HS--LS  C/R，复阻抗测试；
HI--LO--HS--LS 四线电阻测试

预留接口为电源以及两路标准的RS232接口，方便后期的扩展，显示按键及无线通讯

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 11:26:52

背面视图

zouzhichao · 发表于 2020-2-14 11:48:02

前面4点好做,第五点估计挺费钱

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 14:25:00

各位大咔，电源是我的弱项，求推荐5V~±5V低噪声电源电路，要求隔离电压大于1000Vrms，电源输出纹波+噪声（20KHz带宽限制）小于2mVpp，±5V各输出电流300mA

marshallemon · 发表于 2020-2-14 15:52:50

支持一下，数字做法是趋势，看34410，8845貌似都是使用的数字的方式，就是不知道这种方式，相比之前的模拟的多斜积分的优略？

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 15:59:46

marshallemon 发表于 2020-2-14 15:52
支持一下，数字做法是趋势，看34410，8845貌似都是使用的数字的方式，就是不知道这种方式，相比之前的模拟 ...

我个人认为余度更大，可以发挥的余地更大，而且前端带宽放开之后，还可以用作数据采集卡，这个办卡就非常实用了。

marshallemon · 发表于 2020-2-14 16:04:53

DMM_2020 发表于 2020-2-14 15:59
我个人认为余度更大，可以发挥的余地更大，而且前端带宽放开之后，还可以用作数据采集卡，这个办卡就非常 ...

我个人一直不解，就像数字的做法是如何保证线性度以及噪声指标的？
看sigma delta的技术的介绍，貌似都是使用了低位高速的ADC来进行采集，之后经过SIN3C,或SIN4的滤波器，也请楼主能够介绍一下这种实现的思路以及sin这种滤波器的工作原理

ggaaoo · 发表于 2020-2-14 16:10:04

学习篇，好久没有看到这样的文章，支持

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 16:16:20

marshallemon 发表于 2020-2-14 16:04
我个人一直不解，就像数字的做法是如何保证线性度以及噪声指标的？
看sigma delta的技术的介绍，貌似都是 ...

我从事电路设计已经十几年了，但是数字信号处理也还是小学生，要是量化这种误差，我现在还做不到，找到资料一定共享。
附件中的文章也是这个论坛里的，希望对你有帮助。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 16:20:08

marshallemon 发表于 2020-2-14 16:04
我个人一直不解，就像数字的做法是如何保证线性度以及噪声指标的？
看sigma delta的技术的介绍，貌似都是 ...

本论坛中《贡献25篇过采样资料,也望大家采用过采样技术在这里交流.》这个帖子里面有几篇不错的文章，可以看看

https://www.amobbs.com/forum.php ... 7%E9%87%87%E6%A0%B7

marshallemon · 发表于 2020-2-14 16:33:48

DMM_2020 发表于 2020-2-14 16:20
本论坛中《贡献25篇过采样资料,也望大家采用过采样技术在这里交流.》这个帖子里面有几篇不错的文章，可以 ...

做过积分ADC了，但也只做到3斜，多斜还没有尝试过，至于sigma delta也一直是一个愿景，不知道以我的水平能否消化的动。

单纯的过采样也是一直都在使用，但对于sigma delta 中的那种抽取，我按照过采样的方式来计算提高的分辨率貌似是不对的

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 16:38:28

虽然我没有办法量化过采样之后的ADC的INL（积分非线性误差），我不是很认可这个文章中的这句话

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 16:48:27

这个是LTC2440文档中摘录的，还的确是采样率每降低4倍，有效分辨位数提高1位。但是受限于转换器的噪声水平，也不能无限制的提高

marshallemon · 发表于 2020-2-14 16:49:31

DMM_2020 发表于 2020-2-14 16:38
虽然我没有办法量化过采样之后的ADC的INL（积分非线性误差），我不是很认可这个文章中的这句话 ...

另外看你这个LT2380-24的ADC，算了下他的数据量 24bit @ 2Msps的话数据量达48M/s，H743的SPI接口能否胜任这个工作？

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 16:55:41

达到24位有效分辨位数的时候，信噪比是24*6.02+1.76=146.24dB，从LT2380-24芯片指标来看，只有不到30.5.SPS

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 16:57:40

oh，my god，145dB的时候是动态范围，不是信噪比，

，这里面还差了大约3dB，信噪比大概在142dB

Fake-BBA · 发表于 2020-2-14 16:59:20

支持，我也在用USB做实时示波器，FS速率勉强能接受

marshallemon · 发表于 2020-2-14 17:00:57

DMM_2020 发表于 2020-2-14 16:55
达到24位有效分辨位数的时候，信噪比是24*6.02+1.76=146.24dB，从LT2380-24芯片指标来看，只有不到30.5.SPS ...

如果要做到24bit分辨率，这个SNR值是146.24dB，那么这个意思是要求模拟前端的CMRR值也要做到这个指标？这个CMRR值如果靠电阻匹配基本没可能吧？另外SNR值和CMRR值这两个得取值之间有什么说法？

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 17:30:01

marshallemon 发表于 2020-2-14 17:00
如果要做到24bit分辨率，这个SNR值是146.24dB，那么这个意思是要求模拟前端的CMRR值也要做到这个指标？这 ...

以我的浅见，这两个参数是相关联的两码事，信噪比表征了量化之后的最小噪声，而共模抑制比表示了放大电路对共膜噪声的抑制能力。这个能力国标中有专门的测试方法。我们在实验室中使用标准源来校准表或者测试的时候，共模噪声可以忽略，真正到了工业现场，共模噪声很大的时候，才看出表设计能力的差别。

marshallemon · 发表于 2020-2-14 17:32:41

DMM_2020 发表于 2020-2-14 17:30
以我的浅见，这两个参数是相关联的两码事，信噪比表征了量化之后的最小噪声，而共模抑制比表示了放大电路 ...

那这样来说，你得CMRR是根据你估计得最大共模电压，和你要做到得仪表得精度得比值来算得了？

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 17:34:24

marshallemon 发表于 2020-2-14 17:32
那这样来说，你得CMRR是根据你估计得最大共模电压，和你要做到得仪表得精度得比值来算得了？ ...

这个指标是仪表本身的一个指标，你能设计到多大就写多大。这个是我的拙见

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 17:37:54

我选择做USB端口的万用表模块，的确是选择了一个异常艰辛的装13之路，先不提有没有市场，主要原因还是在异常艰难的电源设计。
对于台式仪表，使用220V供电，线性电源的噪声和纹波都是50Hz/60Hz频率的，在整个信号回路上，LDO，运算放大器，哪个不是在这个频率上有至少80dB的抑制比，还有ADC内部的50/60Hz的高达100dB的陷波滤波器，可是使用USB供电，就得做一个低噪声的电源，难！

hz_fujian · 发表于 2020-2-14 18:05:41

DMM_2020 发表于 2020-2-13 15:19
如果大家都觉得有必要，我就再做个板子，把按键和屏坐上？我的本意是去掉屏，把体积做小，更易于集成 ...

既然使用要联PC,实体按键越少越好！

DMM_2020 · 发表于 2020-2-14 18:07:09

hz_fujian 发表于 2020-2-14 18:05
既然使用要联PC,实体按键越少越好！

没有一个实体按键

，上面的图片意思是可以扩展，本身不带。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 07:49:32

现在我们来看一下外部噪声对运放的影响

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 07:50:51

在全波整流的线性稳压供电的电路中，100Hz纹波是主要的电源噪声，对于运放电路，100Hz噪声电平通常要求控制在10nV-100nV(RTI)内，这取决于三个因素：运放在100Hz时的电源抑制比(PSRR)，稳压器的纹波抑制比及稳压器的输入滤波电容的大小。图1是OP77的PSRR-频率曲线，可以看出，OP77在100Hz时PSRR大约是76dB，要获得不大于100nV(RTI)的性能，供电电源的纹波必须小于0.6mV。常用的三端稳压一般能提供大约60dB的纹波抑制能力，在这种情况下，稳压器的输入滤波电容必须足够大，以将输入端的纹波限制在0.6V以下。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 07:51:50

电源的去耦
典型的串联稳压器供电的电源中包含有幅度为150uV，频率范围为100Hz-100KHz的噪声，开关型电源更严重，运放的PSRR在高频时以20dB/Decade的速度降低，通过在电源脚加RC或LC去耦网络，能滤除大部分噪声，电路形式如图3。在使用RC去耦时，应该注意负载电流的变化会导致对电源脚上电压的调制。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 07:54:17

电源频率调整
任何电源电压的变化都会引起运放输入偏置电流的变化，图1中OP77的PSRR在DC时是126dB(0.5uV/V)，电源电压的变化是一个潜在的低频噪声源。在低噪声运放的应用中，降低电源的纹波和提高电源的调整率都很重要，电源调整率不足通常会引起讨厌的低频噪声。

yanghuanchun · 发表于 2020-2-15 07:57:06

火钳刘明

Firman · 发表于 2020-2-15 08:11:00

觉得想主在用私人时间做百年老店的产品，我认为成功机率微乎其微。
若不信，你可以在这里逐步公开你的发明资料与进度，很多大神一眼就知道有没问题。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 08:13:35

yanghuanchun 发表于 2020-2-15 07:57
火钳刘明

感谢支持

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 08:14:55

Firman 发表于 2020-2-15 08:11
觉得想主在用私人时间做百年老店的产品，我认为成功机率微乎其微。
若不信，你可以在这里逐步公开你的发明 ...

你说的很对，上面的也不是我的发明，只是把已有的资料汇总了。
这是个学习总结的过程，重在学习，多多支持哦

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 08:16:35

期待大神批评指正，学无止境，重在沟通和交流，三人行，必有吾师。
没有所谓的牛逼不牛逼，只是闻道有先后，术业有专攻而已。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 08:21:56

开关电源是一个很严重的噪声源，下图是典型的开关电源输出端的电压波形：
可以看出，噪声频谱既包含开关频率及其谐波成分，还包含开关回路谐振引起的阻尼振荡的高频成分，从几十KHz一直延续到几十MHz，而普通的运放在几百Hz以上时PSRR开始急剧下降，到几百KHz时几乎为零，此时，出现在输出端的电源噪声将很严重。

Firman · 发表于 2020-2-15 08:27:53

DMM_2020 发表于 2020-2-15 08:21
开关电源是一个很严重的噪声源，下图是典型的开关电源输出端的电压波形：
可以看出，噪声频谱既包含开关频 ...

我觉得电源噪声你可以先乎略，用最简单的7805或LM317先，到实际调试时，换不同的供电方式看实际影响，再决定。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 08:30:50

Firman 发表于 2020-2-15 08:27
我觉得电源噪声你可以先乎略，用最简单的7805或LM317先，到实际调试时，换不同的供电方式看实际影响，再 ...

这个试验值以往的设计过程中已经吃过很对亏了，看看运放的PSR指标，基本就能量化

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 09:03:27

除了注意对运放PSRR或CMRR参数的选择和加强运放供电去耦(如采用RC去耦)外，在开关电源供电设计中，还应注意如下一些方面：

电源中的噪声可能通过基准源或PCB的漏电直接耦合到放大器的输入端。要注意对电压基准源输出的滤波，对于PCB漏电，可在信号输入引线与电源走线间加地线防护。

噪声可能通过PCB走线之间的分布电容直接耦合到放大器输入端，造成干扰。在PCB布线时，要注意电源线与弱信号线不要贴近平行走线，线净距大于线宽的3倍(3W原则)，并在电源线或数字信号线与模拟小信号线之间加地线隔离。

接地处理不当，噪声通过公共阻抗影响敏感电路部分。为了防止公共阻抗将电源噪声引入信号回路，要注意如下几点：接地上避免带噪声的大电流流过前级小信号地;单点接地，电源、模拟、数字电路分开接地;布板使用地平面层，最小化地线阻抗;开关电源输出从最后一个滤波电容的地端引出电源地，避免从滤波电感前的电容的地端引出。

　　

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 09:04:04

开关管漏极开关电压驱动的位移电流，通过初次级分布电容，次级电路，次级对大地与杂散电容，大地与初级地之间的杂散电容形成环路，次级模拟电路中流过的共模电流流过不平衡的阻抗转换成差模，对放大电路造成干扰(如图6)。共模方式引入的干扰一般为开关噪声中的高频分量(数MHz以上)。措施主要有如下三点：提供一条从开关电源次级地返回初级地的低阻抗噪声旁路通道，通常使用1000p~2200p的安规电容;使用共模扼流圈加强开关电源的输出的共模滤波;使用隔离技术，最小化回路中的共模电流。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 09:04:27

通过空间磁场耦合到具有一定环路面积的信号回路或地线环中，造成对信号的影响。另外来自开关电源或市电网络的高频干扰可能通过空间杂散电容直接耦合到信号回路。设计中的考虑包括：合理的布局、调整电感线圈或变压器放置方向、优化布线，减小关键信号的回路面积，避免形成地环路可以减小干扰;双面或单面板布线，注意信号线和地线，电源线与地线一定要贴近平行走线；使用1000p电容射频多点接地，可以兼顾EMC和低频信噪比的需求;对敏感电路加屏蔽，注意屏蔽层连接到被保护信号的参考地;走线设计上注意电源线不要和信号线捆扎在一起。

yat · 发表于 2020-2-15 09:23:05

五六年前自己做自动测试治具的时候，想过要搞一个485控制的，感觉难度太大，放弃了，后来用魏坤示波器的板子改的

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 09:41:45

yat 发表于 2020-2-15 09:23
五六年前自己做自动测试治具的时候，想过要搞一个485控制的，感觉难度太大，放弃了，后来用魏坤示波器的板 ...

我也是遇到了同样的问题，本着学习的态度，决定自己开发一个

haishangfeiyin · 发表于 2020-2-15 10:12:29

非常详实的教程，支持楼主。到时候有成品出售吗？

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:16:38

haishangfeiyin 发表于 2020-2-15 10:12
非常详实的教程，支持楼主。到时候有成品出售吗？

不会让大家等太久的，

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:20:39

何谓电源抑制
当供电轨上有噪声时，决定ADC性能的因素主要有三个，它们是PSRR-dc、PSRR-ac和PSMR。PSRR-dc指电源电压的变化与由此产生的ADC增益或失调误差的变化之比值，它可以用最低有效位(LSB)的分数、百分比或对数dB (PSR = 20 × log10 (PSRR))来表示，通常规定采用直流条件。

但是，这种方法只能揭示ADC的一个额定参数随电源电压可能会如何变化，因此无法证明转换器的稳定性。更好的方法是在直流电源之上施加一个交流信号，然后测试电源抑制性能(PSRR-ac)，从而主动通过转换器电路耦合信号(噪声源)。这种方法本质上是对转换器进行衰减，将其自身表现为杂散(噪声)，它会在某一给定幅度升高至转换器噪底以上。其意义是表明在注入噪声和幅度给定的条件下转换器何时会崩溃。同时，这也能让设计人员了解到多大的电源噪声会影响信号或加入到信号中。PSMR则以不同的方式影响转换器，它表明当与施加的模拟输入信号进行调制时，转换器对电源噪声影响的敏感度。这种影响表现为施加于转换器的IF频率附近的调制，如果电源设计不严谨，它可能会严重破坏载波边带。

总之，电源噪声应当像转换器的任何其他输入一样进行测试和处理。用户必须了解系统电源噪声，否则电源噪声会提高转换器噪底，限制整个系统的动态范围。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:29:18

下图为在系统板上测量ADC PSRR的设置。分别测量每个电源，以便更好地了解当一个交流信号施加于待测电源之上时，ADC的动态特性。开始时使用一个高容值电容，例如100 µF非极化电解质电容。电感使用1 mH，充当直流电源的交流阻塞器，一般将它称为“偏置-T”，可以购买采用连接器式封装的产品。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:30:04

使用示波器测量交流信号的幅度，将一个示波器探针放在电源进入待测ADC的电源引脚上。为简化起见，将施加于电源上的交流信号量定义为一个与转换器输入满量程相关的值。例如，如果ADC的满量程为2V p-p，则使用200 mV p-p或–20 dB。接下来让转换器的输入端接地(不施加模拟信号)，查找噪底/FFT频谱中处于测试频率的误差杂散，如下图所示。若要计算PSRR，只需从FFT频谱上所示的误差杂散值中减去–20 dB即可。例如，如果误差杂散出现在噪底的–80 dB处，则PSRR为–80 dB – –20 dB，即–60 dB(PSRR = 误差杂散(dB) – 示波器测量结果(dB))。–60 dB的值似乎并不大，但如果换算成电压，它相当于1 mV/V(或10−60/20)，这个数字对于任何转换器数据手册中的PSRR规格而言都并不鲜见。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:32:18

下一步是改变交流信号的频率和幅度，以便确定ADC在系统板中的PSRR特性。数据手册中的大部分数值是典型值，可能只针对最差工作条件或最差性能的电源。例如，相对于其他电源，5 V模拟电源可能是最差的。应确保所有电源的特性都有说明，如果说明得不全面，请咨询厂家。这样，设计人员将能为每个电源设置适当的设计约束条件。

请记住，使用LC配置测试PSRR/PSMR时有一个缺点。当扫描目标频段时，为使ADC电源引脚达到所需的输入电平，波形发生器输出端所需的信号电平可能非常高。这是因为LC配置会在某一频率(该频率取决于所选的值)形成陷波滤波器。这会大大增加陷波滤波器处的接地电流，该电流可能会进入模拟输入端。要解决这一问题，只需在测试频率造成测量困难时换入新的LC值。这里还应注意，LC网络在直流条件下也会发生损耗。记住要在ADC的电源引脚上测量直流电源，以便补偿该损耗。例如，5 V电源经过LC网络后，系统板上可能只有4.8 V。要补偿该损耗，只需升高电源电压即可。

PSMR的测量方式基本上与PSRR相同。不过在测量PSMR时，需将一个模拟输入频率施加于测试设置，如下图所示。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:33:19

另一个区别是仅在低频施加调制或误差信号，目的是查看此信号与施加于转换器的模拟输入频率的混频效应。对于这种测试，通常使用1 kHz至100 kHz频率。只要能在基频周围看到误差信号即混频结果，则说明误差信号的幅度可以保持相对恒定。但也不妨改变所施加的调制误差信号幅度，以便进行检查，确保此值恒定。为了获得最终结果，最高(最差)调制杂散相对于基频的幅度之差将决定PSMR规格。下所示为实测PSMR FFT频谱的示例。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:33:50

对于转换器和最终的系统而言，必须确保任意给定输入上的噪声不会影响性能。前面已经介绍了PSRR和PSMR及其重要意义，下面将通过一个示例说明如何应用所测得的数值。该示例将有助于设计人员明白，为了了解电源噪声并满足系统设计需求，应当注意哪些方面以及如何正确设计。

首先，选择转换器，然后选择调节器、LDO、开关调节器等。并非所有调节器都适用。应当查看调节器数据手册中的噪声和纹波指标，以及开关频率(如果使用开关调节器)。典型调节器在100 kHz带宽内可能具有10 µV rms噪声。假设该噪声为白噪声，则它在目标频段内相当于31.6 nV rms/√Hz的噪声密度。

接着检查转换器的电源抑制指标，了解转换器的性能何时会因为电源噪声而下降。在第一奈奎斯特区fS/2，大多数高速转换器的PSRR典型值为60 dB (1 mV/V)。如果数据手册未给出该值，请按照前述方法进行测量，或者询问厂家。

使用一个2 V p-p满量程输入范围、78 dB SNR和125 MSPS采样速率的16位ADC，其噪底为11.26 nV rms。任何来源的噪声都必须低于此值，以防其影响转换器。在第一奈奎斯特区，转换器噪声将是89.02 µV rms (11.26 nV rms/√Hz) × √(125 MHz/2)。虽然调节器的噪声(31.6 nv/√Hz)是转换器的两倍以上，但转换器有60 dB的PSRR，它会将开关调节器的噪声抑制到31.6 pV/√Hz (31.6 nV/√Hz × 1 mV/V)。这一噪声比转换器的噪底小得多，因此调节器的噪声不会降低转换器的性能。

电源滤波、接地和布局同样重要。在ADC电源引脚上增加0.1 µF电容可使噪声低于前述计算值。请记住，某些电源引脚吸取的电流较多，或者比其他电源引脚更敏感。因此应当慎用去耦电容，但要注意某些电源引脚可能需要额外的去耦电容。在电源输出端增加一个简单的LC滤波器也有助于降低噪声。不过，当使用开关调节器时，级联滤波器能将噪声抑制到更低水平。需要记住的是，每增加一级增益就会每10倍频程增加大约20 dB。

最后需要注意的一点是，这种分析仅针对单个转换器而言。如果系统涉及到多个转换器或通道，噪声分析将有所不同。例如，超声系统采用许多ADC通道，这些通道以数字方式求和来提高动态范围。基本而言，通道数量每增加一倍，转换器/系统的噪底就会降低3 dB。对于上例，如果使用两个转换器，转换器的噪底将变为一半(−3 dB)；如果使用四个转换器，噪底将变为−6 dB。之所以如此，是因为每个转换器可以当作不相关的噪声源来对待。不相关噪声源彼此之间是独立的，因此可以进行RSS(平方和的平方根)计算。最终，随着通道数量增加，系统的噪底降低，系统将变得更敏感，对电源的设计约束条件也更严格。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 10:34:29

要想消除应用中的所有电源噪声是不可能的。任何系统都不可能完全不受电源噪声的影响。因此，作为ADC的用户，设计人员必须在电源设计和布局布线阶段就做好积极应对。下面是一些有用的提示，可帮助设计人员最大程度地提高PCB对电源变化的抗扰度：

对到达系统板的所有电源轨和总线电压去耦。

记住：每增加一级增益就会每10倍频程增加大约20 dB。

如果电源引线较长并为特定IC、器件和/或区域供电，则应再次去耦。

对高频和低频都要去耦。

去耦电容接地前的电源入口点常常使用串联铁氧体磁珠。对进入系统板的每个电源电压都要这样做，无论它是来自LDO还是来自开关调节器。

对于加入的电容，应使用紧密叠置的电源和接地层(间距≤4密尔)，从而使PCB设计本身具备高频去耦能力。

同任何良好的电路板布局一样，电源应远离敏感的模拟电路，如ADC的前端级和时钟电路等。

良好的电路分割至关重要，可以将一些元件放在PCB的背面以增强隔离。

注意接地返回路径，特别是数字侧，确保数字瞬变不会返回到电路板的模拟部分。某些情况下，分离接地层也可能有用。

将模拟和数字参考元件保持在各自的层面上。这一常规做法可增强对噪声和耦合交互作用的隔离。

遵循IC制造商的建议；如果应用笔记或数据手册没有直接说明，则应研究评估板。这些都是非常好的起步工具。

这篇技术文章旨在清楚说明高速转换器的电源敏感问题，以及它为何对用户的系统动态范围如此重要。为使系统板上的ADC实现数据手册所述的性能规格，设计人员应当了解所需的布局布线技术和硬件。

whxiaowang · 发表于 2020-2-15 11:06:46

关于低噪声电源：DC-DC隔离 + 高PSRR LDO，注意做好屏蔽，或者直接使用ADI电源模块

foric · 发表于 2020-2-15 11:24:42

很好，支持你，等成品

agilentvee · 发表于 2020-2-15 11:25:45

支持，中国仪器行业当自强。

rainbowsnow · 发表于 2020-2-15 11:40:39

支持，楼主学习共享精神值得鼓励

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 11:50:35

RAMILE 发表于 2020-2-15 10:40
楼主你有么有系列整理的文章，我现在习惯看公众号

https://www.amobbs.com/thread-5661580-1-1.html 看你 ...

感谢你的提醒！！！

sergiochen · 发表于 2020-2-15 12:14:07

帮顶，支持楼主！

sergiochen · 发表于 2020-2-15 12:44:23

TI 关于test & measurement
http://www.ti.com/applications/industrial/test-measurement/overview.html

TI关于万用表 DMM：有个 4½ 万用表参考设计
http://www.ti.com/solution/digital-multimeter-dmm#supportandtraining

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 17:32:10

本帖最后由 DMM_2020 于 2020-2-15 17:40 编辑

RAMILE 发表于 2020-2-15 10:40
楼主你有么有系列整理的文章，我现在习惯看公众号

https://www.amobbs.com/thread-5661580-1-1.html 看你 ...

微信公众号之前没有，现在有了哦，不信你搜

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 17:32:39

sergiochen 发表于 2020-2-15 12:44
TI 关于test & measurement
http://www.ti.com/applications/industrial/test-measurement/overview.html
...

谢谢，感谢支持

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 17:33:06

sergiochen 发表于 2020-2-15 12:14
帮顶，支持楼主！

感谢支持，我加油！！！

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 17:33:33

agilentvee 发表于 2020-2-15 11:25
支持，中国仪器行业当自强。

同勉，一起加油！！！

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 17:33:58

whxiaowang 发表于 2020-2-15 11:06
关于低噪声电源：DC-DC隔离 + 高PSRR LDO，注意做好屏蔽，或者直接使用ADI电源模块 ...

正解，有可以量化的文档吗？

RAMILE · 发表于 2020-2-15 17:55:12

DMM_2020 发表于 2020-2-15 17:32
微信公众号之前没有，现在有了哦，不信你搜

没这么快把，我折腾几天都没安全搞懂公众号号怎么玩

DMM_2020 · 发表于 2020-2-15 18:59:02

RAMILE 发表于 2020-2-15 17:55
没这么快把，我折腾几天都没安全搞懂公众号号怎么玩

高精度万用表的设计

DMM_2020 · 发表于 2020-2-16 12:32:18

正在做BOM，降成本是一个很艰难的取舍

kdtcf · 发表于 2020-2-16 16:06:08

成本差不多就行了,别在压缩成本上浪费太多时间,毕竟还没把整体完全搭建起来,压缩成本属于后续细节部分.

DMM_2020 · 发表于 2020-2-16 17:13:13

kdtcf 发表于 2020-2-16 16:06
成本差不多就行了,别在压缩成本上浪费太多时间,毕竟还没把整体完全搭建起来,压缩成本属于后续细节部分. ...

是的，我今天再校对一遍，准备投版了

whxiaowang · 发表于 2020-2-16 17:55:07

DMM_2020 发表于 2020-2-15 17:33
正解，有可以量化的文档吗？

没有量化的公式。我的产品就是这么做的，公司产品不方便直接说型号，但是是这个思路。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-17 09:47:04

解答一下万用表的分辨力和抗干扰能力

DMM_2020 · 发表于 2020-2-17 09:49:05

高精度万用表的设计和应用，大家可以关注一下微信公众号，我每天都更新

hyghyg1234 · 发表于 2020-2-17 10:09:00

跟着学习下。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-19 09:02:27

万用表的量程概念
测量范围是指仪表能够达到的被测量的范围。它一般包括多量程的划分、各个量程的测量范围（从零度到满度的显示值）、超量程能力及符号的正负。此外，还应注明量程的旋转方式，如手动、自动和遥控等。
量程是指在不需要改变极性或显示倍乘系数（如小数点位置或显示单位）的情况下，能够测量输入电压的一个连续范围。一台万用表的量程一般分为基本量程、非基本量程、超量程以及手动量程和自动量程等。
各个量程有效测量范围上线的绝对值亦即该量程上满足额定准确度的最大电压，称作该量程的满度值，通常叫做满量程。
（1）基本量程：一般的万用表通过量程放大器和衰减器可得到几个成10倍关系的量程。在众多量程的万用表中，测量误差最小的量程称作基本量程，一般也就是不加量程放大器和衰减器的量程。
（2）非基本量程：除去基本量程以外的所有加放大器和衰减器的量程，统称为非基本量程。
（3）超量程：在一个量程上从满度值增加到能显示出来的最大值的电压分为，成为超量程。对于一台万用表，具有一定的超量程能力是必要的，常用百分比来表示超量程能力，如一个基本档位显示10000的万用表，显示11999则表示有20%的超量程能力，有了超量程能力，当被测量信号超过整个的满度量程时，读数的测量结果就不会过分地降低准确度和分辨率。例如，当满量程为10V的4位万用表，其输入电压从9.999变成10.001V时，若万用表本身没有超量程能力，则必须换为100V量程档，从而得到10.00V的显示结果，这样就丢失了0.001V的电压信息。
（4）自动量程：是指随着输入电压变化不需要手动改变量程开关，由仪器内部自动切换的量程。若万用表具有自动量程，则测量方便、安全而迅速，并可更好的实现自动测量。
为了降低功耗，尽可能提高电源的利用效率，决定用±5.0V供电，电压基准为2.5V，将基本档位为±2V。ADC能够采集±2.5V的电压，也就是说，每个档位的超量程能力为25%，自动量程档。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-19 10:57:09

先看一下delta-sigma ADC的原理，请码住，我们即将进入万用表的核心部分之一，ADC模数转换

DMM_2020 · 发表于 2020-2-19 11:04:22

昨晚再次仔细研究了一下积分型ADC的原理，发现delta-sigma ADC与积分型ADC有异曲同工之妙

marshallemon · 发表于 2020-2-19 14:32:38

DMM_2020 发表于 2020-2-19 11:04
昨晚再次仔细研究了一下积分型ADC的原理，发现delta-sigma ADC与积分型ADC有异曲同工之妙 ...

求解释……

lce · 发表于 2020-2-19 15:54:22

把精力放在这有点浪费了。
不想打击楼主，多走点弯路，烂尾也是经历。

DMM_2020 · 发表于 2020-2-19 16:26:15

lce 发表于 2020-2-19 15:54
把精力放在这有点浪费了。
不想打击楼主，多走点弯路，烂尾也是经历。

至少我要证明这种方法不行

hongguan · 发表于 2020-2-19 20:27:06

支持楼主,这个成本控制在500之内是有点压力.

DMM_2020 · 发表于 2020-2-19 21:56:05

hongguan 发表于 2020-2-19 20:27
支持楼主,这个成本控制在500之内是有点压力.

刚统计完，1K量才行

hongli3154 · 发表于 2020-2-20 08:59:26

和你有一样的想法，但是没你要求高，用的是万用表芯片+单片机。烂尾了

JackFrost · 发表于 2020-2-20 09:31:28

很不错，难度不小，得投入很大精力才行，支持楼主，希望坚持下去，不要烂尾哦！ LTC2380-24这种片子这么生猛得多少钱一片啊，容易买到吗，楼主的PCB是四层板吗

DMM_2020 · 发表于 2020-2-20 10:24:27

JackFrost 发表于 2020-2-20 09:31
很不错，难度不小，得投入很大精力才行，支持楼主，希望坚持下去，不要烂尾哦！ LTC2380-24这种片子这么生 ...

LT2380-24还是非常容易买到的，e络盟、mouser都可以买到。
我的板子是4层板

做一个USB接口的万用表模块

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源

本帖子中包含更多资源