板卡式6.5半万用表 制作问题

张小孩

本人承担6.5半万用表的研制任务，校准后在 在比较短的时间大约积几分钟测试可以达到精度要求。目前遇到难题，对由基准源（福禄克 5720）提供的固定电压 每天测得值差别比较大 大约相差 0.01%，另个问题长时间测试会较大有波动，如图为测试0.7V直流电压（国产5位半基准源） 数据，横坐标为测试数据序号 ，相邻序号间隔2S，由于没有校准有差别。 求各位高人指点，问题一和问题二的可能原因

版本1 中放大器8221改为8421，基准位ADR434
版本2中中放大器8221改为8421，基准位LT1965.
麻烦各位多多指点，为我国仪器行业做贡献。

38hot_321

赶快留名。。。

qqwintian

积分几分钟才能达到要求？还是六位半？我的天这还是当四位半吧

zhf214

找老大

3458A

算法问题吧。

qqwintian

感觉就是Autozero问题

wangyh

大约800s会有一次跳变，具有周期性，应该数字部分算法处理有bug。像是什么溢出，循环之类的问题...

张小孩

zhf214 发表于 2015-11-13 15:25
找老大

论坛老大哪位？

scoopydoo

ADC用的是ADS1232吧？

3458A

测试一下你的零点有没有这个跳变的现象。如果没有，应该检查你的AUTOCAL的算法（如果有这个算法的话）

centrineer

归零的算法，基准电压？还有ADC输入部分有没有温飘抑制的相关设计？现有的商品ADC6位半已经可以了，基准和分压部分是比较吃钱的

张小孩

centrineer 发表于 2015-11-15 16:51
归零的算法，基准电压？还有ADC输入部分有没有温飘抑制的相关设计？现有的商品ADC6位半已经可以了，基准和 ...

归零的化就是短接测一下，把零偏存储起来，但不是测量每次都归零基准是AD434（测试了一下基准勉强6位半，其实不到），ADC输入部没有温飘抑制的相关设计，采用AD776和其推荐相关的电路

张小孩

centrineer 发表于 2015-11-15 16:51
归零的算法，基准电压？还有ADC输入部分有没有温飘抑制的相关设计？现有的商品ADC6位半已经可以了，基准和 ...

分压是市场直插电阻搭的，问题比较大，测试交流电压时频率响应严重。有没有好的分压电阻推荐

xuplastic

楼主透露信息太少，AD434做六位半基准很勉强，AD776是16位AD，就算有过采样啥的，六位半基本不可能

前段信号调理楼主也没说，模拟开关和运放也很重要

交流信号的话，直接电阻分压就不要想了，上1kHz就要阻容分压了，另外阻容分压是可以做成自校准的

张小孩

xuplastic 发表于 2015-11-15 20:23
楼主透露信息太少，AD434做六位半基准很勉强，AD776是16位AD，就算有过采样啥的，六位半基本不可能

前段 ...

阻容分压用过，频响严重，自校准没有过，可以详细说下嘛

lilith

张小孩 发表于 2015-11-15 17:03
归零的化就是短接测一下，把零偏存储起来，但不是测量每次都归零基准是AD434（测试了一下基准勉强6位半， ...

1、归零是指自稳零，用于消除整个输入前置电路的零点漂移，有很多方法，比如 ICL7650 之类斩波自稳零运放用一个 AZ 电容实现，ICL7106 等三位半表的 ADC 实现方法也类似，有一个 AZ 电容。

我前面贴的我的 6.5d，不采用电容的方式实现以减小体积。

至于短路输入端子并存储此时的零偏（offset），这个主要是解决端子的热电势之类问题，如果只靠这个，环境温度的变化，对一些没有自稳零设计的放大器来说可能零点会飘得很大，当然具体取决于你的设计，并不是都要，现代一些低压精密运放零点和零点的 TC 就超级好。

2、整个输入前置，也可能因为温度而产生很大漂移，至于如何解决这个问题，当然也有很多方法，比如前面我提到的使用 Caddock 1776 之类网络电阻呢，这样的电阻首先是电阻薄膜在一个导热性很好的陶瓷基上，温度比较均匀；其次人家电阻薄膜材料和陶瓷基配合相互补偿，TCR 可以做得比较小；最后这种网络薄膜工艺的跟踪系数非常好，所以即使整个电阻体的电阻变化了，但作为分压使用的分压比变化依然远小于电阻值的变化。

当然你用独立的直插电阻也可以做到 1776 好，但 1776 只是比较一般的网络电阻，距离好的网络电阻还有很大差距。

另外的方法就是用类似自动零的方式纠正输入前置的增益误差，我前面的 6.5d 使用的也是这个方法。

商品万用表至少会用比较优秀的网络电阻来做前段，是否纠正输入前置的增益误差因表而异，有的有，有的没有，实现的方法也不一而足。

centrineer

张小孩 发表于 2015-11-15 17:03
归零的化就是短接测一下，把零偏存储起来，但不是测量每次都归零基准是AD434（测试了一下基准勉强6位半， ...

1、高位电压测量，很难保证ADC的参考地就是测量的地（温度还有测量电流等影响），所以需要测量输入电压负端（测量的地），还有测量的电压的正端，两个电压值计算出实际测量的电压值，这样实现Autozero。一般一个或几个测量周期也需要测量一下基准电压，这样排除输入BUF电路的温飘。
2、另外分压电阻需要一组相对温飘绝对小的电阻（6位半一般几个PPM），这个温飘值取决于你要保证的测量精度。
3、交流测量的话，这部分电路需要做很多补偿，要不精度很难做上去，或者使用高速测量来计算出高位值，可以参考现有万用表的设计。
4、基准的话，温度相对稳定的环境，ADR434也可以，不过注意用前筛选一下。

xuplastic

张小孩 发表于 2015-11-16 11:43
阻容分压用过，频响严重，自校准没有过，可以详细说下嘛

说实话感觉你目前的水平可能不足以支持6.5D万用表的研发，勿怪，我水平也不高，共同学习才能进步。

阻容分压就是像示波器探头补偿那样，运用的原理就是：“对于线性时不变系统，阶跃响应仍然是阶跃的系统，那么它的频率特性就是平直的”，这也就是为什么探头补偿都是要把探头调整到那个方波直角最方的原因

具体实现请参考HP3457A万用表服务手册

交流比直流还复杂很多呢，ni先搞搞直流吧，交流那些屏蔽，走线，放大器的选用，有效值转换，更复杂

张小孩

xuplastic 发表于 2015-11-17 09:05
说实话感觉你目前的水平可能不足以支持6.5D万用表的研发，勿怪，我水平也不高，共同学习才能进步。

阻 ...

我是做软件这块的，硬件只是参与，我的硬件水平当然不行，遇到问题了就过来问下，希望各位多多指点，为我国仪器行业多多做贡献

张小孩

xuplastic 发表于 2015-11-17 09:05
说实话感觉你目前的水平可能不足以支持6.5D万用表的研发，勿怪，我水平也不高，共同学习才能进步。

阻 ...

频响是平直的不是理想传输系统吗，线性时不变系统并不能保证阶跃响应还是阶跃

张小孩

lilith 发表于 2015-11-16 15:12
1、归零是指自稳零，用于消除整个输入前置电路的零点漂移，有很多方法，比如 ICL7650 之类斩波自稳零运 ...

自动零的方式纠正输入前置的增益误差，就是那个分压电阻网络的分压系数要纠正是吧（我有做，方法不一样），能细说下你那个自动零的方式嘛

xuplastic

张小孩 发表于 2015-11-17 10:47
频响是平直的不是理想传输系统吗，线性时不变系统并不能保证阶跃响应还是阶跃

线性时不变系统（LTI）算是我的废话，因为一般搞电子设计默认都是LTI，搞卫星火箭才用得上那些高端非线性模型

我的意思是：对于阻容分压+运放这种结构的交流放大器，怎么自校准？就是输入一个方波，这很容易，模拟开关就恩能够产生，然后检查输出，如果输出既没有圆角，也没有尖角（你调过示波器探头才能明白我说的是什么），就是完美的直角，那么恭喜你，这个放大器对于任何频率的信号放大倍数都是固定的

张小孩

xuplastic 发表于 2015-11-17 14:38
线性时不变系统（LTI）算是我的废话，因为一般搞电子设计默认都是LTI，搞卫星火箭才用得上那些高端非线性 ...

这个调平，也试过，就是调节补偿电容，但调到直角好难啊，有什么技术手段，感觉光从示波器上观察不够啊

lilith

张小孩 发表于 2015-11-17 10:54
自动零的方式纠正输入前置的增益误差，就是那个分压电阻网络的分压系数要纠正是吧（我有做，方法不一样） ...

这个设计部分参（抄）考（袭）自 HP 3455，部分参（抄）考（袭）自 HP 3458，可能只是纠正前置放大器（我是那么做的），也可能纠正整个输入主分压电阻网络的分压系数（3455 是那么做的）。另外我对整个输入主分压电阻网络的分压系数的纠正借（抄）鉴（袭）自 3458，而非 3455，之所以东参（抄）考（袭）一点西借（抄）鉴（袭）一点，这个和我的硬件设计与最终目标有关，你应该怎么做，具体还是取决于你的硬件设计和最终目标。

关于 3455 的部分，在 HP 1977 年的期刊中有，如果你觉得有参考价值可以看一下，3458 的部分好像是 86 还是 89 年的期刊？

3455 的前置放大器纠正原理（我主要参考这个）：


3455 的输入主分压电阻网络的分压系数纠正原理（我没有完全借鉴）：

scoopydoo

lilith 发表于 2015-11-17 19:30
这个设计部分参（抄）考（袭）自 HP 3455，部分参（抄）考（袭）自 HP 3458，可能只是纠正前置放大器（我 ...

木有想到你英语这么好啊！

xuplastic

张小孩 发表于 2015-11-17 15:33
这个调平，也试过，就是调节补偿电容，但调到直角好难啊，有什么技术手段，感觉光从示波器上观察不够啊

阶跃信号输入后采样两次，一次是紧跟着阶跃输入后，另一次等暂态过程结束后

如果T1时刻采样电压小于稳态电压，则过补偿，反之，欠补偿，相等，完美补偿

张小孩

lilith 发表于 2015-11-17 19:30
这个设计部分参（抄）考（袭）自 HP 3455，部分参（抄）考（袭）自 HP 3458，可能只是纠正前置放大器（我 ...

文章名称叫啥，顺便推荐下几个这方面的期刊啊

张小孩

scoopydoo 发表于 2015-11-15 01:01
ADC用的是ADS1232吧？

AD7760,你说的那个AD会出现这个问题嘛