mengxin 发表于 2010-4-21 10:31:48

DIY 并口隔离电压采样模块(兼做LTC2440评估)

概述:
LTC2440为凌特公司推出的24 位低噪声高速差分ΔΣ ADC , 2009年零售价格为40元人民币左右,在6.9Hz采样率下具有200nV RMS的噪声水平,并且在DataSheet中指明可用于6.5位的数字多用表,现在关于ΔΣ ADC是否可用于高位数字多用表争论很大,特此设计了隔离采样ADC模块,供从事这方面研究的朋友们评估之用,另外鉴于该电路的隔离设计和高分辨率特性,评估后可以作为单片机的外设为其提供电压测量能力.
硬件设计要点:
1: 电源由B0505提供1.5KV的隔离保护,该模块在5.0V的输入电压下,轻载时(<100mA)可以输出5.4V,为了避免开关电源的噪声,后续采用LP2985-5线性稳压器,该器件可在300mV 的压降下提供150mA 电流,并且具有30uV(典型值,300Hz~50KHz)的噪声特性.一般情况下B0505可以稳定的工作在5.5V的电压下,适当的提高输入电压就可以提高其输出电压,为LP2985提供较大的调整余量.
2:隔离由HCPL2630和6N137提供,他们用来传输SCK,CS,和SDO的数字信号,由于传输速率较低,采用1K的上拉电阻和限流电阻即可.
3:基准采用ADR421B,该器件提供1ppm(典型值)的温度系数,以及1.75uV p-p的噪声特性,并且可以无条件的容性负载稳定,(由于电路设计基准具有缓冲运放,不要求这点),其他引脚兼容的器件如MAX6325,LT1019-2.5,AD780也可以替换此器件.
4:LTC2440要保证良好的电源退偶,VIN+,REF+对地要接1uF的电容(详见其数据手册)
5:模拟输入接头采用SMB射频联接器,他采用聚四氟乙烯绝缘层,并且提供良好的屏蔽特性,短路接头也可以方便的制作,输入信号低端被+2.5V的基准抬高,使得ADC能够测量双极性信号,高端经过10K的保护电阻被由低漏电流JFET做成的二极管保护嵌位,输入到低偏置电流,低噪声运放进行缓冲,设计中采用AD8629,该器件工作于5V,提供轨对轨的输入/输出能力,并且噪声/温漂/偏流都非常低,由于没买到该器件,先期采用筛选过的AD760代替(由于AD706不具有轨对轨的输入/输出能力,有的个体输入上限比较低,不能测到正满量程)
6:由于运放要驱动容性负载运放缓冲采用凌特的推荐电路.
7:原理图和PCB设计参见 ./Analog.pdf
8: Altium Designer Winter 09工程在 ../PCB
9:评估板与PC并口的连接方式可参考../Photo中的图片,这时未链接PC时电源是断开的.
软件设计要点:
1:PC端采用WinIO操纵的并口输出,利用其15->SDO,16->CS,17->SCK直接进行控制.若您更改连接线那需要修改C++源码重新编译.
2:由于光偶的存在,所有数字信号反相了.
3:VS2009 工程源码在 ../PC
4:校准公式为 Vdisplay = Vadc * Kgain + Voffset; 校准时可以将输入短路,读数即为Voffset , 然后输入一个确定的基准电压(1V左右)根据显示的数值计算出Kgain;
如何联系作者:
mengxin@pixelgame.net
更正:原理图中Q3应为 2N3904

mengxin 发表于 2010-4-21 10:32:43

工程文件

mengxin 发表于 2010-4-21 10:34:42

电路图和链接示意图

zy_sh_npk 发表于 2010-4-21 10:39:32

看下，用ΔΣ ADC做高位表一直争议很大。这个东西做6.5位确实不容易， 分辨率能到6.5，
其它就不要有多少指望了。

xiaosun 发表于 2010-4-21 11:44:28

引用第3楼zy_sh_npk于2010-04-21 10:39发表的 :
看下，用ΔΣ ADC做高位表一直争议很大。这个东西做6.5位确实不容易， 分辨率能到6.5，
其它就不要有多少指望了。 https://bbs.38hot.net/images/back.gif

等看测试结果，5位的指标总有的吧

chuxp 发表于 2010-4-21 14:26:06

真不错！严重支持。

zy_sh_npk 发表于 2010-4-21 16:06:54

支持LZ发下测试的数据，看看短稳和中稳能不能到5位半！

mengxin 发表于 2010-4-21 17:54:42

有视频,但是发不上来(太大了),短稳没问题,6位半时末尾偶尔跳1个字,ΔΣ ADC 最大的问题在于线性度,LTC2440标称5ppm 加上调理电路的误差能到20ppm 就不错了, 而且线性度不好测量(总得有个更线性的东西对比吧) , 另外就是2.5V的低输入电压导致无法达到 1uV 分辨率 @ 10V 满量程的最佳测量条件,不可能超过6.5位了.

zy_sh_npk 发表于 2010-4-21 18:25:01

测试数据的曲线看看，就是那些测试数据就行，视频就算了。

yjm2000 发表于 2010-4-21 19:31:02

引用第7楼mengxin于2010-04-2117:54发表的:
有视频,但是发不上来(太大了),短稳没问题,6位半时末尾偶尔跳1个字,ΔΣ ADC 最大的问题在于线性度,LTC2440标称5ppm 加上调理电路的误差能到20ppm 就不错了, 而且线性度不好测量(总得有个更线性的东西对比吧) , 另外就是2.5V的低输入电压导致无法达到 1uV 分辨率 @ 10V 满量程的最佳测量条件,不可能超过6.5位了. images/back.gif

发视频文件参考这里的文章：技巧合集

yapoll 发表于 2010-4-21 20:49:00

adc下不宜走线，另外这个电路相对于官方spec上的电路没什么新意呀。

wxy8030 发表于 2010-4-21 22:07:02

很好！

几个器件都用的不错！

mengxin 发表于 2010-4-22 09:15:41

原本想买凌特的评估版的,发现还要一个USB接口的控制器,加起来非常的贵,
就自己做了一个,电路基本上是抄的,改成了隔离的而已,
我家还有8个并联(正好走并口的D0-D7),在测1V基准的1000H数据,
可以相互比较验证XFET基准(ADR421)的长期稳定性,现在正在测呢.
视频中可以看出LTC2440+ADR421+AD8629短期稳定性还是挺好的.
另外推荐下WinIO+并口,用了才知道真是DIY必备之利器,接口简单,廉价,
速度能到700K左右,很多廉价的烧录器就是那他做的,是PC对外最廉价
的数据接口.
等会上视频.

mengxin 发表于 2010-4-22 10:20:21

http://player.youku.com/player.php/sid/XMTY3MDM3NzEy/v.swf

zoo 发表于 2010-4-22 10:59:05

可惜，现在有真并口的机器也不多了

chuxp 发表于 2010-4-22 12:39:05

引用第14楼zoo于2010-04-22 10:59发表的 :
可惜，现在有真并口的机器也不多了 https://bbs.38hot.net/images/back.gif

是啊！以后可能不得不再去学USB了。

wxy8030 发表于 2010-4-22 20:51:10

最廉价的应该是串口吧？就算以后没有串口，还有USB转串口呢，哈哈

zy_sh_npk 发表于 2010-4-22 21:16:58

不错呀，看视频很稳，不错的呀！不知到测量单节AA电池的结果怎么样？是不是一样这么稳。

其实还是直接能控制并口的程序简单实用，可惜现在机器带并口的基本没有了。

mengxin 发表于 2010-4-23 09:09:25

测量拿老大的7V基准改的1V基准是很稳的,由于只能输入 +- 1.25V 测不了5号电池.

aeon 发表于 2010-4-23 14:29:37

嗯，再加上分压放大跟控制电路，就是非常不错的电压表了。支持继续升级！！

selena2211 发表于 2010-4-25 21:22:28

如果用这个IC做个手持表岂不是也很牛？！

hautbbs 发表于 2011-7-16 15:53:00

LTC2440确实不错

ysg2k6 发表于 2011-8-27 21:54:47

LZ有多余的PCB空板卖吗？

lxlxl 发表于 2011-10-30 22:10:57

P1 SMB是什么，菜鸟学习中，输出五条线接单片机要怎么接，不接并口的话，用单片机处理，分别通过液晶显示和串口在电脑显示！麻烦高人指点！

ffxb 发表于 2011-12-7 11:50:27

必须顶一下，学习了。
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