质疑自制6位半表的可能性

tianda_spl

本人初来乍到，基准也是处于刚起步的AD588，我也想做一块高位表，可是我仔细考虑难度很大。
想和大家研讨一下，有点泼泠水的感觉哦。
1：首先需要一个基准，高手已经拿出了LTZ1000，SZA263的10.00000V基准，这已经解决了。
不过，大多数ADC需要5V基准或者其他特殊电压（如4.096），当把10V转移到5V的时候，不管你用什么方法，增添的外围电路元件温漂系数、噪声特性都会附加上，那么这个5V就不如原先的10V。
2：假设做一个6.5表，那我至少要小数点后第五位准确吧，那么就是10uV的水平，那么你考虑器件的噪声了吗？
很多运放，噪声峰峰值在数个uV。当然我可以找超低噪声的，但是单独一个运放，通常是这个指标很好，别的指标稍差，要不就是比较平均的那种。作为第一级运放：要求
  输入阻抗大；
  失调以及温漂小
  10Hz以下噪声低，10KHz以下噪声密度小
共模抑制比、电源抑制比高
增益带宽积大（当然万用表不需要这个）
虽然每个指标单独都可以找到运放，可是全部满足，估计找不到这样的运放，必须使用多个，形成自校准电路，自动抑制温漂，并且需要滤波吧，那么这样的电路是不是复杂到只有那些大公司才能掌握？前些日子看了一些运放的资料，感觉虽然原理上理解了，可是实际操作完全找不到北。
3：即使上面的要求都满足了，那么ADC呢？一个16位的ADC在不校准时，顶好也就是真14位的，24位ADC也就是20位。可是大多数人都没有校准ADC的积分非线性、差分非线性、零刻度误差，满量程误差。那你凭什么证明能达到6.5位万用表的水平？
4：有没有输入输出保护，保护ADC和运放，虽然你可以注意，避免加入稍大电压，可这并不表示就不会损坏器件。尤其是运放的共模输入都是有范围的。
5：温度的影响。虽然可以把基准放在简易恒温盒里，可是其他器件呢？电阻、运放怎么办？就算室温，盛夏不开空调得35+，没有供暖的冬季15-，温差20、30°很正常吧。
6：电路暴露在空气中。精密运放（FET输入级），非常在意这个。空气的湿度，灰尘、电路板的绝缘性都是影响他，有没有保护环，布线（尤其是地线）走向，温差引起的热偶，热电势。
这些因素都加在一起，是不是很复杂，所以我觉得自制6.5的可能性不大。
我感觉能把小数点后第4位侧准，已经很了不起了。
以上就是我的理解。

diyzj

肯定难

lmserver

温度系数肯定有，通过匹配抵消可以做到比较小。
MX已经做到了，等MX来解答。

lysoft

不用质疑了,简单的用一片成品的ADC是做不到6位半DVM的指标的

shichen717

看着像外行。 学5年再回来看帖，所有问题都有答案。

zzdp

如果一个人的能力能自制6个半了，估计也没有几个敢买的

mapleft

同4楼的观点，如果是使用通用的ADC估计，也就是个5位半

6位半，难；

而且前级的处理，运放等一堆的东西影响；

lilith

引用楼主tianda_spl于2010-10-31  12:08发表的 质疑自制6位半表的可能性 :
假设做一个6.5表，那我至少要小数点后第五位准确吧，那么就是10uV的水平，那么你考虑器件的噪声了吗？
我感觉能把小数点后第4位侧准，已经很了不起了。

商品的 6 位半，最差的还不到 0.01% 的年指标，好一点的也就是 0.003% 这样，也就是说，按 10V 算，还做不到小数点后第 4 位的准确，第 5 位的话，就是 1ppm，好像 Fluke 8508 的指标也没达到这个要求。

至于噪声，用比较长的时间积分一下估计问题不大，看现在论坛上几个大拿用现成的 24bit ADC 做出来的 6 位半，能出 6 位半的时间都 1 秒以上，而商品 6 位半可以做到 1PLC（在中国就是 0.02 秒），可见是有差距的，但不表示是做不到的，算法虽然不能完全代替硬件，但多少可以简化硬件。

至于零刻度误差之类，看 HP 3457A 的设计，只要在测量前后，都把输入在内部短接一下，就可以消除电路失调和热电势导致的零点误差了，这个也是算法上的范畴，可见算法还是很重要的 :)

温度的影响，我看 HP 3457A，从夏季 36.9 度到现在还不算冬天的 16 度，偏差几十个 ppm，可以预见在 5、6 度时偏差会更大，商品表一样有这些问题嘛，至于积分线形和微分非线性误差，我对大家常用的西格玛-德尔塔式 ADC 用得不多，不清楚；我自己用分立件做的积分式 ADC 至少 4 位半问题不大，想来商品化的 24bit ADC，既然凌特公司在 Datasheet 中说可以用于 6 位半数字电压表（DVM）想来问题也不大才是。

mengxin

不好意思刚看见
1：关于放大器噪声,现代的斩波稳零运放噪声指标为 1.5uV p-p ( 0.1~10Hz ) AD8628 , JFET 输入的更低( OPA827 ) 而且偏执电流极小基本可以满足要求,若是要求更高可以用 DualJFet (U401)+ 低噪声双极运放构成放大器(很多商用表就是这样).
2：关于ADC,这个确实比较难办,主要是个人很难有能力验证其线性度,要么你相信厂家的指标买现成的,要么自己做,好在咱们群里有lymex这样的大神,可以测试,否则确实不好说,根据实测情况LTC2440的非线性度差不多就在5ppm,跟datasheet上说的相符.另外群里有人正在做多斜率ADC,有望达到更好的水平.
3：保护,比较简单,最前面气体放电管,然后100K的电阻(功率要大,耐压要高,一般多个串联构成),后面用低漏电流二极管(PN1117A代替即可)钳位到合理的输入范围,就连 HP3458 都是这样做的.
4：恒温和防尘,防潮,高位表根本就不该工作在这么恶劣的环境下,而且一般的也会给出与标准温度相比每差1度增加的误差,使用时根据当前温度自己去算整体误差.防潮设计上可以用保护环路,低热点势只能从布局,材料和工艺方面解决了,确实比较难.
其他:
国内的普源是 带隙基准+集成运放+SigmaData ADC的架构,同惠是 恒温齐纳+集成运放+多斜率ADC. 都做成了.DIY一个没啥问题,做的少主要是商业问题,本来高位表的用户就很少,即使有的话也希望买到有可靠保证的大品牌产品,市场会很快饱和,所以发展空间不大.

但是DIY还是有意义的,
1：自己可以学习知识,通过实际项目的强化理解会深入很多.
2：告诉 "4位半买3000的" 我们还有其他选择.
3：鼓励更多人关注 基准-测量 的领域, 参与这个群,访问这个论坛.

liyf

没实践怎会见真知，大品牌也是这样的

lymex

6.5位表，并非一定要求倒数第2位是准确的，商品的台表都达不到。而对于手持表，还可以放宽一些。
对比：8.5位表，倒数第2位一律都是不准的，甚至倒数第3位也不一定准确。
事实上，准确并非是高位表的唯一指标，或者说，不准确的表也可以进行准确的测量。例如只要短稳好、线性好，那么就可以对比测试，可以达到非常高的精度。例如3458A，准确度只有8ppm，但对比测试可以高达0.1ppm，这如果没有8.5的分辨是无法想象的。再比如，可以进行背靠背测试，这只需要灵敏度、噪音和分辨，不需要很高的准确度。

其实，mengxin在6.5位样机做出来发给我测试的时候，一度想降低到5.5位推出，但我极力反对，主要原因就是这表的短稳非常好，也就是说最末位测试的时候都基本不跳，这表明作为基本的噪音、微分线性都做的不错，可以作为6.5位推出。

相反，商品的高位表也有非常夸张的，例如K2002，8.5位表，但不仅最后一位狂跳，就是倒数第2位也在经常变动，还不如Adv 7.5位的6871呢。

tianda_spl

我真是感动，新人第一次发帖，还是个泼冷水的帖子，能给置顶。这论坛好

mengxin

能够质疑很好,大家多进行建设性的讨论才能共同进步.

lymex

技术问题有质疑、有争论，很好。尤其是能看得出，楼主的质疑是经过认真准备的。

mgw1999

支持和谐辩论，长学问了

bg5kw

没有必要用传统的思路 声音能传1000米吗 ？  可以  对讲机

想当年 频率计几万一个 后来骗子机出来了 ，狂泻

zqs1234

6位半,不是很好控制.尤其是批量生产的质量控制.看了那个用LTC2440做的,成本不低.