7081基准电路探讨

hu_lin

从唐老师的《世界首款8.5位万用表Solartron7081 内部赏析》（https://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=285&extra=&page=1）开始认识7081，对它的工业设计非常佩服，从一开始就喜欢上了。唐老师在该贴中是这样介绍7081的基准部分的：“基准部分使用了1N829A，但是即使经过精心挑选的也不能满足要求。但当时最好的也只有这个了，输力强公司的工程师煞费苦心地搞了一个非常复杂的辅助电路。挑选829A，在工厂测试温度和电压的关系，然后针对这只829A做温度电压曲线，并量化存储在这台机的ROM中，在电路板829A旁边设置温度传感器，采集温度，然后与ROM的进行比较，将数据调出进行D/A转换后去微调控制829A的电流，使829A的齐纳电压维持不变。“我当时就想，既然都用了温度采集，如此用预存的温漂曲线来调节基准的温漂，虽然是个笨办法，但也未尝不可，因此深信不疑。最近正好在认真研究7081的电路和维修服务手册，看到基准部分，发现了与脑中存在的知识不符，我的分析如下，暂时没进行实验验证，请各位专家多多指点。

首先贴出基准部分电路原理图

hu_lin

维修手册对应部分（5.3）翻译如下：

5.3 基准电压(SH.2)

基准电压(+10V，-10V)是D301通过IC305和调整电阻R306 a到d产生的。IC306和R305确定基准电压的中点，用于V/T转换器的零。

IC307通过在+10V和-10V之间切换以产生迫使波形。R310和R311减小基准电压上的瞬变(由于这种开关)。

R308和R309的电流限制基准输出短路的情况。D302可以确保，在上电时。基准电路开始了以正确的方向。(基准电路具有两个稳定的工作状态。)

该电路的其余部分是涉及

(a)设置D301的温度系数的线性分量，并

(b)补偿D301的温度系数的弯曲部分。

线性分量由D/A转换器IC301控制和IC304缓冲。不同的线性温度系数时TC1至TC6的数字信号控制IC301的输出电流，从而控制IC304的输出电压在0V和-10V之间摆动，R303转换0V到-10V输出摆幅反过来又改变通过二极管D301的电流。

温度系数的弯曲部分由D351，IC351和相关联的组件进行补偿。

D351根据绝对温度成比例产生电流1μA/K。通过R351分流，使得在27℃(300K)时IC351A的引脚2上的电压接近于零。其结果是IC351B输出也将是零，晶体管IC352管脚3,4,5因为没有输入偏置而截止。

当温度低于27℃时，IC351A 2脚为负，这将通过D352反馈产生一个正的输出。因此IC351A在低于27℃时作为每摄氏度1μA输入的虚地放大器。

R352至R353的比值(6.8K：10K)使一个+0.6μA /℃正电流流过晶体管IC352引脚1.2.3.9.10和11流入IC351B虚地。

IC352类似于真有效值转换器，从IC352脚5输出电流(Iin)^2/Iref，其中Iref是由R354供给的电流，由此建立一个输出电流和输入电流之间的平方律关系。

当温度高于27℃时，IC351A脚2变为正，IC351A输出为负，D352截止。因此，在IC351A引脚2(源阻抗33K-R351)的电压加在R352与R353的串联回路上。经过IC351B脚6(虚拟接地) 流过IC352引脚1,2.3,9,10和11的电流仍然为0.6μA /℃。

其结果是，对于所有的温度有0.6μA /℃的正电流流入IC351B虚地，即IC351A有效地执行在AC RMS转换的绝对值器的功能。

hu_lin

hu_lin 发表于 2014-12-14 16:29
维修手册对应部分（5.3）如下：5.3 基准电压(SH.2)基准电压(+10V，-10V)是D301通过IC305和调整电阻R306 a到 ...

因此，从IC352管脚5的输出电流为：

((T-27)×0.6) ^2/Iref   (μA)

其中，T是摄氏温度。

输出电流通过R355加到齐纳电压。因为二极管的特性是这样的：在27℃任一侧时，电压下降。

依据以上资料分析后，我认为：7081基准使用1N829A，其工作电流由三部分组成：

1．   通过R304的固定不变的基本电流，其值约为（20－6.2）/3＝4.6mA；

2．   设定工作温度为27℃，通过实验得到27℃时1N829A的温度系数曲线切线斜率为0时的电流值，储存在IC804（EP3400）内。CPU调取预存的值，经IC301（AD7533）和IC304进行A/D转换成对应的从0至－10V的级差为1/64共64级的电压值，经R303转换成对应的从（10-6.2）/4.7＝0.81mA至（20-6.2）/4.7＝2.94mA电流，级差为1/64×Vref/4.7＝33μA；

3．   通过AD590检测到的温度变化，硬件电路补偿修正的温漂曲线的二次部分， ((T-27)×0.6) ^2/Iref  μA。

也就是说，CPU并没有采集工作温度，根据预存的数据修正的是给定工作温度27℃下的电流值，以保证在工作点的温漂曲线的切线斜率为0 ，这与唐老师做263的基准是一样的原理。而对应工作点的温漂曲线的二次部分是由硬件修正的并不是给出温漂曲线修正。CPU并没有给出不同工作温度下的温漂曲线修正。

那么问题来了：

1．   IC301及其附属的IC302，IC304，IC304部分，仅仅只是起到一只数字可调电阻的作用，完全可以用一只电阻代替。当然考虑到批量生产，用AD7533做数字可调电阻更好，但光耦和CPU控制部分完全可以用6位拨码开关引出机外代替；那他为什么要用CPU控制？

2．   设定零温度系数的工作温度为27℃，实际工作时内部温升昨天晚上开机至今粗测约24℃，那么它即算在恒温室内工作，也无法控制内部温度在27℃，所谓的温漂补偿怎么补？

3．   如果按唐老师的办法，把1N829A换成的263，并且把AD590也放到恒温槽内，会有什么效果？

以上是基于我没发现CPU采集温度的部分而推理出来，如果哪位专家知道CPU另外有采集温度的途径，那以上分析就全部错误了。

chinapp

支持技术贴

kingsabbit

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pcbboy1991

要测试829A的温度曲线岂不是需要比八位半更精确？

xuanmic

我没有这个表，只是猜测的认为应该是有检查温度的部分的，也许是二极管或者三极管之类外观不太明显的元件担当传感器呢？仅仅是猜测。

hu_lin

xuanmic 发表于 2014-12-14 20:29
我没有这个表，只是猜测的认为应该是有检查温度的部分的，也许是二极管或者三极管之类外观不太明显的元件担 ...

原理图上找不到采集温度的器件，即算有 二极管或者三极管之类外观不太明显的元件担负采集温度的传感器，也得有A/D吧？这种CPU难道还会内置？

xuanmic

hu_lin 发表于 2014-12-14 20:40
原理图上找不到采集温度的器件，即算有 二极管或者三极管之类外观不太明显的元件担负采集温度的传感器， ...

不一定的，也许是定制器件内置AD转换也是有可能的，仅仅是猜测。

hu_lin

这表中至今没看到定制器件，都是通用元件。再说如果真的是CPU给出的补偿曲线，那下面与AD590配套的那一大块补偿二次部分的电路有何必要？

〆﹏熋訷悪鎩

斜分模拟控制区 有一颗2764 里面有829的温度系数参数

hu_lin

〆﹏熋訷悪鎩 发表于 2014-12-14 21:31
斜分模拟控制区 有一颗2764 里面有829的温度系数参数

请问你这个的依据是什么？我比较了的几片此处的2764，没有区别，证明并没有个性化。温度系数参数是和校准参数一起保存在另一片EEPROM（ER3400）里面的

shichen717

pcbboy1991 发表于 2014-12-14 17:48
要测试829A的温度曲线岂不是需要比八位半更精确？

不需要，宽温度变化范围造成的稳压管漂移很大，1ppm/C的温度系数对于+/-30度也有60个读数，远超出6位半表的分辨率，而后计算补偿参数，通常是二次曲线，使用6位半表足矣。

彭鹏

强帖留名

xinjihua

强帖留名

1456247082

强技术贴

garfield

高级的技术贴，虽然看不懂，但是也要支持下

pcbboy1991

shichen717 发表于 2014-12-14 23:20
不需要，宽温度变化范围造成的稳压管漂移很大，1ppm/C的温度系数对于+/-30度也有60个读数，远超出6位半表 ...

懂了。

lflyy

支持！好帖！

xuanmic

shichen717 发表于 2014-12-14 23:20
不需要，宽温度变化范围造成的稳压管漂移很大，1ppm/C的温度系数对于+/-30度也有60个读数，远超出6位半表 ...

但是温度补偿应该做的更细哦，因为高精度的仪器对使用环境温度变化范围都是有要求的。

ysfc51

自己没有这块表，实在没耐心去看原理图，不过有一点肯定的是，模数转换，不一定要有AD芯片

bjfzh

学习学习学习

wellschen

AD590 不就是 温度传感器吗？