历史上最奢侈的基准

redtony

以前做基准，都少不了一个可调电阻进行最后的细调，根据老大的统计法原则，只要电阻足够，可以统计到任意电阻值，大家都一直停在仿真角度，今天，我做出实物证明，统计法确实可行，完成后一数电阻，仅VS塑料块就有27支，堪称历史上最奢侈的基准
统计电阻主要用从刘省长泊来的原装7K，正所谓好马配好鞍，又一说是花开堪折直须折，莫待无花空折枝，此时不用，更待何时再用

电阻加工

再来


装配后总体效果



究竟效果怎么样呢，看测试结果：

考虑到环境温度因素，及以前测试经验分析，这个数据实际误差小于2ppm
这个实例完全证实了老大的关于统计法实现精密电压调整到目标电压的方案。
附统计法于本例的应用图


以上案例供同学们动手时参考。

逆风草

够奢侈。。

aeon

R8怎么没看到装上去？不能省这个的

thy888

确实奢侈，元件的面积大了，要做好屏蔽喔

xplore

调整用的小电阻， 不用搞那么多塑料块的，

redtony

找不到这个电阻，看图似乎没有这个电阻也行，实际上也没发现哪里不妥啊!

zoo

确实豪华！

轩尼诗

不差钱 [s:28]

redtony

来个几小时,几天和稳定性测试

板没洗易受潮,洗后会变点--->是松香的，不用洗，洗了更丑。

裕作

有钱人！！BS一下！！！

jj3055

快点测试啊

lymex

等待测试结果。
当然，用塑料块统计的10V，温度系数不会很差，关键看老化了

redtony

引用第12楼lymex于2009-09-07  15:04发表的  :
等待测试结果。
当然，用塑料块统计的10V，温度系数不会很差，关键看老化了

今天终于有机会测试，目前的测试是这样的：
用的是FLUKE8505A，七位半模式　7点以前的数的以后的数，完全不同，不知是什么原因

shichen717

用料很奢侈，调整很用心

焊接很粗糙，电路很简陋

老来学皮匠

饿，....口水......。[s:57]

youngliu

这个现在被jj3055超过了

lmserver

引用第14楼shichen717于2010-03-12  11:16发表的  :
用料很奢侈，调整很用心

焊接很粗糙，电路很简陋

这是AEON出的一款很紧凑的统计基准板。
电路简陋？说说哪里简陋了？

shichen717

用钱堆出来的电路，用料不可谓不好，凭此用料，如此性能不可谓好。

电路设计之基本精神在于充分发挥元器件性能，在保证性能的前提下，尽可能降低成本，高级元件都是不得已而用。

如果元件都是新的，要用多少钱？
7转10的要点在于增益电阻对的相对温漂，运放输入失调电压/电流的温漂，达到这个水平并不需要如此奢侈。
这种标准的用料，用在8 1/2位上，可谓超值，用在6 1/2上实属失职。看指标，至多6 1/2位水平。

大家都对高位表尤其是Agilent的高位表设计很推崇，而且拆了很多表，可是人家不是这样做的。
LT的标准应用电路可能如此，但设计并不局限于照抄，多数高位表设计师都修改过标准应用。

举例而言，100k如果调整0.1%，即100欧，微调用普通金属膜就算极为奢侈了，普通金属膜100ppm/C，100C漂移1%，即1欧，其影响不过1/100000，即10ppm，换算为漂移贡献为0.1ppm/C。由此看来碳膜（500ppm/C）就足够了，其温漂贡献也就不过0.5ppm/C，比特别好的100k电阻（2ppm/C）自身温漂贡献还小3倍。

支持用米，但不可浪费。如此应用，很浪费。

不过我只讲纯粹的电路设计，玩玩我倒觉得无所谓，只要高兴。

lmserver

兜了一圈，你也没说清楚此电路到底简陋在哪里？
另外我问你，啥叫6 1/2位水平？那是不是在你眼力，4910的年指标1PPM，也属于6位半？

shichen717

电路设计的简陋之处在于简单堆积，过于依靠元件性能。用料并不简陋。

年指标1ppm是长期指标，长期漂移能达到1ppm自然不是6 1/2位。

想做到这一点，不是几个塑料块能做到的。

如果电路都这样设计，大家能买得起什么表呢？新表里不可能用二手元件。

纯粹抬杠，不要入心。

lmserver

这是基准，不是表，表是量具，基准是标准，基准配合表，才能做精密测量，这也是大家玩基准的原因。

lymex

商业电压基准，轻易达到0.05ppm/C的温漂和2ppm的年老化，这给业余DIY提供了追赶目标。

作为目前可以买到的最好的基准IC，LTZ1000的指标是0.05ppm/C和1ppm/a，完全有能力挑战商业基准。

然而，LTZ1000的输出不是10V而是7V，那么就要用电阻分压/升压法转成10V。但是，用一对2ppm/C温度系数和25ppm年老化的塑料块？显然不行。最多也就能达到0.5ppm/C和7ppm/a的水平，与商业基准相差很多，成为瓶颈。而采用25只相同的电阻做统计，由于同时具备一致性和独立性，做出的分压比要好得多，绝非简单堆积，而是一种成熟的设计，理论上可以达到0.1ppm.C和1.5ppm/a。即便这样，也仍然在拖LTZ1000的后腿，所以才有16楼提到的jj3055采用更多的塑料块进行统计的制作。即便这样，都不能说是一种浪费，因为把钱花在瓶颈上是最合适的。

至于13楼测试的结果，的确是6位半水平。那是因为所用的表就是6位半的，只能大体测试一下基准是否表现异常，根本反映不出基准的实际水平。要想真正测试一个基准的好坏，用8位半也是不够的，因为8位半的水平远比不上基准，必须采用另外一个更好的基准做对比。

另外，有关7转10所用的运放，是精选的AD707AH，其失调电压、失调电压的变化、Ib等对最终10V的影响，早就计算过，可以忽略。

shichen717

编辑回复是因为帖子里的文字出了乱码。

真是无聊。

redtony

引用第25楼shichen717于2010-03-12  17:47发表的 回 23楼(y9090201) 的帖子 :
编辑回复是因为帖子里的文字出了乱码。

真是无聊。

欢迎置疑和讨论，这样可以长智。可是不要意气用事哦，会伤和气的。

shichen717

电路设计原则之一：规避临界原则，即电路要求的某一指标应至少高于元件临界指标3倍至半个量级。
如果使用OP07，对Vos/dT有要求，此时Vos/dT为临界指标，即元件极限，电路设计时应保证OP07的Vos/dTmax对电路的影响程度低于电路要求的1/3，OP07的Vos/dTmax=1.8uV/C，则电路对此的设计容差应为至少5uV/C，设计容差低于5uV/C时，OP07不胜任，远高于5uV/C，用OP07有点浪费。
偏离此原则，将造成性能不稳定、调试困难和成品率下降。

利用规避临界原则，举两个现成例子陈述我的观点。
1. 多斜积分
多斜积分用于高速高分辨率采集，其主要针对传统积分型ADC对积分电容质量（受材料物理限制）的严重依赖，以及对于当时计数器速度（受IC工艺限制）的依赖。
多斜积分之前，积分型ADC对电容质量的依赖几乎达到当时电容工艺和材料的物理极限，多数稍高位数的ADC均要求必须使用某一厂家生产的某一批号的特氟龙电容，原因在于必须避免大电容的严重漏电，即容量和漏电的矛盾。像廉价的7135要用100nF量级的积分电容，这种容量在63V额定耐压下漏电很明显，即使是特氟龙也会由于介质过薄导致对于高位AD的LSB不可忽视的影响，同时这种电容在当时相当昂贵，而且需要筛选，成品率很低。
受半导体工艺限制，当时的高速计数器也是大问题，80年代CMOS工艺的速度有限，IBM的很多高速数字电路还在使用现在几百M频率很难见到的ECL，功耗惊人。

一只对于高位ADC合格的特氟龙电容价格近千，依照仪器行业300%硬件利润率计算，单这一只电容就要卖4000块，恐怕现在我们连2手低速5位半都很难见到。高速计数电路即使在今天也会功耗巨大，如果没有多斜积分，可能现在一块台式表里的风扇会和电脑里差不多，而且热管理的复杂程度不可想象。

多斜积分通过时序复杂度和用相乘代替相加运算解决这些问题，积分电容容量大为减小，用0805封装，漏电的限制随之减弱至量产元件级别。相乘原理降低高速计数分辨率要求，即使在当时，CMOS也很好实现。现在一个多斜积分电路不算基准的成本大体在200元左右，高位的也不过千元，而且速度很快。所以每秒读数超过20的6位半的台式表新表能降到万元以内。


2. 电压基准
早期的国标固体基准采用冷基准2DW，其对驱动电流的稳定性取决于反向齐纳击穿的陡直性，齐纳击穿特性由结两侧半导体掺杂浓度决定，n侧越低则越陡直，但n侧浓度有物理极限，过低将导致内阻、接触和硅材料本身的问题，而且会由于本征半导体特性导致温度性能显著下降。因此温漂和稳定性很难同时做到满意。
解决办法很简单，恒温，给二极管各参数的设计提供更高的裕量。因此并非先做2DW后恒温，而是而是二者同时折中考虑。提高系统复杂度解决高度矛盾。


虽然4分的电阻确实无法实现，但4毛的电阻原理上做到6位半指标的低噪声7转10放大器是可能的，只要电路结构和热管理设计良好，并且足够复杂。但由于比4毛电阻好的电阻并非不可求而可能很不值得。因此这个建议过于不现实，对不起人工。

楼主的电路很像早期的积分ADC，对于电阻的性能过于依赖，现在这些都是二手拆机件，价格尚可，如果是全新并且要出产品，估计这样材料的PCB，一个简陋的电路架构配全新LTZ和如此多的新Vishay，而且很可能还达不到3458里基准的指标，楼主可能也会舍不得。
不全是钱的问题，有点对不起这些好东西。

玩玩很好。

这一段太忙，过后将开一新帖，以LM399为例，原理上能使简单的7转10放大电路性能提高，没研究过LTZ，好像电路有所不同，不过原理可以借鉴。

我们缺乏好元件，但更缺乏思考。

lymex

所谓“某一指标应至少高于元件临界指标3倍至半个量级”的规避临界原则，在基准上看来是行不通的。例如Fluke 732B，年稳定指标是2ppm/年，但采用的关键电阻是8ppm/年左右的指标，这难道是奇迹？

实际上，楼主的电路是标准的统计法同相放大器的7转10电路，无论理论分析和实际测试，这种电路对电阻的性能依赖性为最低。

做基准，忌讳只有理论而没有实践。一旦动手，很多看法会改变。同时，某名人曾经说过，一个好基准，3分在做，7分在测。只有通过不断的测试，才能进行调整和摸清规律，才能筛选，才能提高其等级，才能让基准最后上岗。我国的BZ3标准电阻，指标是100ppm，年稳是20ppm，按理说很差了。但我国的实物电阻标准，包含了4只国产的BZ3，就是通过常年测试和考核才得到的。

jj3055

做个好的基准确实需要长期的测试和调整，我随便选择的120个电阻的统计升压，经过了一个多月的测试，发现温度系数高达0.3ppm/K，这说明电阻的温度系数必须经过挑选调整，老化目前用3456无法观察。只有长期的测试之后，才会发现问题，才知道到底该怎么做。

shichen717

单独元件与电路的最大区别在于，单独元件性能决定于其本征性能，其误差为单向硬性误差，除非找到理想材料并使用好工艺别无他法，但电路性能决定于电路架构和元件性能，其可调整空间远大于单独元件。

以LT1991差分放大器为例，其内部电阻单只温漂典型为500ppm/C，然而其增益温漂不大于1ppm/C。这是电路架构和工艺方法共同造就的。事实上LT1991对其内部电阻的单只电阻典型温漂甚至没有特别的要求，只需各电阻trace。

没有研究过732，但8ppm电阻做出2ppm电路，说明其电路架构对于电阻性能的依赖性相对较低。

此外，国内高端产品过于依赖筛选，成品率极低，成本其高，但性能却与成本极不相称。这与进口产品形成鲜明对比。多年前某船上天用的CMOS很多是半导体3厂的产品。我一个朋友原来在那里做测试，一只普通级的陶封CMOS电路由几十只中筛出，成本上百元，但实际可靠性不如进口几毛的普通4000，上天的筛选率近1/1000，成本上千，实际可靠性还达不到进口同类54系列。可见筛选只是一种手段，不可过于依赖。

lymex

引用第30楼shichen717于2010-04-11  12:32发表的  :
........
没有研究过732，但8ppm电阻做出2ppm电路，说明其电路架构对于电阻性能的依赖性相对较低。
.......

732B电路类似，对电阻的依赖性，与标准同相放大器的7转10电路一样。
之所以能有2ppm的指标，一个原因是这种电路有3倍的弱化，同时这对电阻是挑选、匹配的。

我也很赞同用设计来保证，适合规范化、规模化生产。但对于少量要求非常高的东西，只能依赖测试挑选。我定过单价9000美金的10k电阻，告知至少要6个月才能交货，原因就是这电阻是多个用统计方法合成的，要进行大量的测试、老化、筛选和调整匹配，这占了总成本的大部。