超级基准DIY历史 DIY History of Ultra Precision Reference

lymex

本来题目是“国内超级基准DIY历史”显然题目真的有点大了。
干脆把题目含混一下，也不排除再次修改。

这里的超级基准，也不限于LTZ1000，还包括SZA263/LTFLU这样的性能相近的器件。这样的器件形成了固态基准的核心。

其实时间太短根本谈不上历史，而且涉及的范围很可能非常有限。
不过，作为一个记录，还是有必要回顾一下。
本帖开始内容会比较少，逐步增加，也望各位看官能提供更多信息，我来补充。

lymex

朦胧阶段 Hazy Stage

很早就对电压基准就感兴趣，个人淘腰包买了六位半的34401A，但很长一段时间内，对应的“基准”只是一些0.01%的电阻，还有两块标准电池而已，也都是0.01%=100ppm的精度。
电阻的“基准”，后来买到一些BZ3、BZ3C，配34401A在室温下使用，还是够用的。BZ3尽管温度系数大，但稳定度不错，国家基准就包括了好几只BZ3，与其说用34401A考核测试BZ3，倒不如说是用BZ3来监测34401A。
电压基准也做过两套，一套是热基准，即采用恒温的LM299/LM399，进行并联。
34401里面也是用LM399做基准的，因此说不好谁比谁强，只能互相对比。


还有一个冷基准，采用静态电流很小、发热很小的变压器，用了LM329、LM369、LH0071这三个IC，其中转10V部分也是用了当时能找到的0.1%的小型电阻。以期得到开机可用、预热变化小的目的。



当时，只听说过有LTZ1000，没见过实物。看到的DS还是点阵版的，看其电路感觉很复杂，性能上到底怎样超级也不太了解，尤其是根本没想到国内能买到这个IC。


这一段时间对基准的总体认识比较肤浅，主要停留在“精度”年稳定性这两个指标上，当时还不知道根号千小时的含义，也不清楚基准的噪音到底有什么副作用。

lymex

早期阶段 Initial Stage

开始对基准的了解，主要来自冯占岭编著的《数字电表检测技术》。这本书1996出版，不仅描述了高位表的原理和使用，更主要的是包含大篇幅的校准/检定，这样，就分别介绍了固态基准、多功能校准仪以及相应的方法。可惜我找不到我什么时候购买的此书，只记得当时书店里进了一大批，以至于持续有2年都没有完全卖掉。也许是1998年附近，因为当年我买了34401A，而且在1999年Wavetek的7000系列出现的时候，我在书上进行了标注。后来2003年再版，成为《数字电压表及数字多用表检测技术》，感觉从计量的角度反而不如老版好了。

纸面发烧到了一定程度，必将引起实际行动，用了几年的34401A总感觉力不从心，一直在找寻更好的高位表。
曾经看到Hellocq.net论坛上有个卖家自己也不清楚的HP大表，就马上下了手，当时心情很激动以为淘到了个8位半（印象中表越大分辨越高）。
到手后发现是3456，大多指标还不如34401，不是期待的3458A，因此转出。
后来进过一个7位半的7075，发觉太老、太慢、分辨太差也转走。
想买南京的7081，这可是很少能在网上有卖的8位半，但找人去看发现是坏的。
寻过新品K2002的价格，咨询过业内人士，说2002不好。
权衡良久，目标锁定了3458A。

中间的曲折过程就不再赘述了，最终，2006年8月12日，全新的3458A到手



俗话说，好表要配好基准。
表到手后，自然要拆开开内部，关键看其基准。原来，传说中的3458用的基准就是传说中的LTZ1000ACH！



兴奋之余，马上坐下来研究一切与LTZ1000ACH的相关资料，包括下载新的数据表、应用指南、研究电路，找货源，申请样品。  
Linear还不错，经过eMail和电话确认，申请的样品2只于9月13日到达：

  


两只，太少了。在网上查找LTZ1000，居然看到众多国内销售LTZ1000ACH的商家。打了几个电话后发现，新品LTZ1000根本没有现货而是要订货，价格也很贵，并且需要至少50只批量。
不过很快找两家说有拆机的二手货源，其中一家给我发来照片：

用Exif可以看到，是用Nikon S2在9月14日11点拍的。


显然是真有LTZ了，而且这东西需求很少，不会有假。当时我和对方都没有TB，价格最后讲到38元/只，直接银行汇款， 9月24日收到



拿到了LTZ1000的时候，对其主要指标早就了如指掌了，因为不仅看了多遍数据表和AN86.pdf，还找到了一些介绍LTZ1000的文章。
但到底手边的LTZ能否就真的像厂家说的那么强？那就要搭电路进行试验了。这用面包板最快的了。试验结果证明功能正常、性能也没发现问题。


同时，用这个电路测试了外围原件对输出的影响。这步是很关键的，尽管Linear给出了影响系数，但必须自己测试后才能放心。测试结果发现，Linear的数据有的夸张（达到7倍！），有的不足（67%）。反复测试了两次，排除接法误差和计算错误，确认是Linear早期测试不完整造成数据有误。当然，Linear在这里还有几处问题，包括地线循环、加热脚画反（导致后来Aeon烧了2只LTZ），甚至有一个电容的容量标小成1/10，导致后续一些DIY输出不稳。
然后，根据自己测试的指标，预定了20套关键电阻。
面包板测试发现过一些问题，主要是无序波动。怀疑是接触电阻和热电动势的影响，因此，用洞洞板进行焊接，以期改善稳定性


可以看到，尽管当时没有任何参考材料，但已经感到LTZ1000周围的热稳定是个关键问题，因此，在周围钻了好多孔，以便进行热隔离，这其实就是原始的热岛。

这个试验是很成功的，后来在这个基础上加上了主要用三个10k 0.01%线绕做主分压的7转10电路，成为10V




从基准的很关键的三个指标看，老化在短期内没有观察出来，温度系数很小几乎测试不出来，而短稳那是相当好，用8位半测试，经常末位都不怎么动。末位变动很小，不仅说明基准好，而且说明表也好。否则，任何一个有噪音，那么是噪不到一块去的，必然测试有波动。几次给过视频的地址再重复一次（3.3M）：
http://www.dl-car.com/~2038/DSCN9625.MOV


这样，对LTZ的信心倍增。随后，开始画板，并制定了一个并联+巡回扫描+7转10V的方案，到11月末，大部分完成。



当然，这个计划的最后一步，即7转10部分，一直不很顺利，被拖的很久，直到现在也没有实现。原因么，主要还是问题的难度，这也是10V基准的最关键的一部。开始没有合适的升压电阻对，后来有了VHP202Z，但又感觉这样先并联后升压的方式并不合适了。

这些制作过程，我在Hellocq.net上发了个帖做了介绍，名字是“DIY高准确度电压基准”：http://www.hellocq.net/forum/showthread.php?t=139719
令我始料不及的是，这帖后来变得比较火，并由此汇聚了一批基准爱好者，成为这里（38度）和基准群的中坚。

值得一提的是早期来自剑桥大学的英国人P J Spreadbury写的介绍LTZ1000的文章。尽管很早，但研究的很深入。这文章让我建立了两个概念：
1、搞基准，比较严肃的目标，年稳要1ppm
2、LTZ的老化速度与内部恒温温度密切相关，温度每提高10度，老化速度加倍
文章在此：
mtv1i8p687.pdf (327 KB, 下载次数: 855)

2009-12-25 19:12 上传

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lymex

发展阶段 Developing Stage

1、旺旺群的建立
自从有了Hellocq后，越来越多的爱好者认识了超级基准，购买力增加，也造成二手LTZ需求增加、供货紧张。
说到拆机LTZ1000，这看来是国内得天独厚了。不过到现在也没搞明白，到底是什么高精度的设备用得上LTZ呢？而且经常几十只、上百只的被拆下。
问这个问题不仅是出于好奇，更主要的是想同时得到LTZ现成的外围器件，这是LTZ这个基准比较特别的地方。
当然，后来一直没有找到，只能自己搞电路、采购大量外围器件，这样就引发一系列团购。所有这些都是在Hellocq论坛上进行的，不是很方便。

直到2008年7月7日，出现了如下对话/帖子：
rifle 2008-07-07, 10:43 我们设立一个基准的QQ群方便即时交流如何？
BG2VO 2008-07-07, 11:32 我没有QQ啊只有wangwang
rifle 2008-07-07, 11:38 淘宝旺旺也可以设立群，4597342, 你的ID是什么？我邀请你。其他人也可以申请加入，加入暗语：电压基准

这样，淘宝旺旺群由rifle创始，我是当天晚间被邀请加入的


有了旺旺群，使得交流变得异常方便和及时。不仅有文字信息，而且还能即时共享图片。发起采购和团购更是方便，因为大家大多都在淘宝里。每天开启电脑后，第一件事情就是开启群。错过的内容要是不看历史记录，总觉得缺点什么。当然，随着群内每天大量的信息的积累，Hellocq的那个帖也逐渐降温了，给外人看起来好像有点退烧。事实上群内正热闹非凡，到现在已经一年多了，热度一直不减，甚至一度嫌群内人员过多，不得不清理过几次，现在群内成员稳定在70多人，几乎一天24小时都有人在线、发言，成为国内乃至世界范围内基准交流最活跃的地方。


2、38度论坛的兴起
有了群，的确提供了快捷方便的交流，但信息大多是线性的、流水的，很不系统，查找起来不方便，更不好集中、永久保存。
要满足这样的要求，最好的办法还是论坛。
这样，今年年初38度应运而生，并很快在国内的基准界、仪器界占有一席之地。这里要感谢站长yjm的周密计划、辛苦耕耘。

3、对基准认识的提高
比如热岛概念的建立
比如统计概念的深入
比如平均电路的作用
比如对202Z的评价
比如对PWM和分压的关系
比如LTZ和LTFLU的PK



4、设备的数量增加、质量上升
基准爱好者逐渐进手更多的商品基准，比如731B、732B、4910，这样就有了追赶、比对、超越的目标；
其它设备，如校准源、分压器、纳伏表、高阻表、电源等，都大量被认识。
不用说别的，群内8位半万用表的数量，已经上升到15台，我手里在同一时间最多有6台凑在一起（当然不会都是我的哦）。

grn&zoo

bg1grn

Redtony

Rifle

Aeon的

我的

5、找到大量LTZ1000二手货源



  

6、7V PCB板和DIY7V大量出现
旺旺群的出现，大大加快了共享信息、互通有无、团购原件的速度。只要看一下众多的LTZ1000 PCB板面就知道当时的热烈情景

Haisens的板，特点是选项多，适合做实验

  

fghlw/jdld的板，特点是非常薄，因此热岛有效性高

  

haisens的7转10V板，灵活，可以进行4并联

  

Aeon的7V板，统计电阻升压，特点是非常小，大量采用贴片元件

  

Aeon的7V、10V一体板，仍然小巧但不减灵活

  

jj3055的板，特点是布局规整，适应性强

  

Aeon的其它几块板，仍然是小巧

  


下面的照片，都是用这些板装的：












这个是lysoft的，是LTZ-7V 用PWM方法升压到0-10V
  

以下是一些成品基准：
absolute的


Aeon之一，早期
  
  

Aeon之二，双盒

  

Aeon之三，仍然是双盒



JJ3055的早期板、饭桶版、多个并联版





   

Leicamr的



mytek2009的



pccopy的


Redtony的


thy888的

Jambalaya

最后，我的



7、测试手段的更新
Zoo说过一句名言：基准是三分在做、七分在测。
做好了的基准，到底表现如何？老化能达标吗？是否有温漂？输出随温度变化稳定吗？噪音有多大？
这一系列问题，都需要通过测试来解决。
最简单的测试就是人工的。人工观测、人工记录、人工整理。
初期是免不了的，测试也是一种乐趣。但时间一长，总是做重复的工作，逐渐枯燥起来。更主要的是，人工测试慢、不稳定、能记录的数据点有限，并且有人为误差。因此，迫切需要一种自动测试手段。
这个时候，我们伟大的llycom版主自告奋勇的站了出来，主动承担GPIB卡的设计、研发、编程、调试工作。顶住各种怀疑的眼光，克服重重困难，终于第一版在2009年4月顺利推出


随后，又逐渐改进硬件，丰富界面。现在的lly GPIB卡，不仅可以读取，而且可以双向；不仅可以自动，而且还可以手动，甚至还包括了集成温度传感功能，给自动测试温度特性提供了极大的方便。










很多人在用GPIB卡、HP/Agilent VEE和Lab View





lm_server正在开发脱机采集卡，样机已经完成。这样，可以不用计算机就完成采集，不仅方便，而且免除可能的干扰。



8、外部联络
有个意大利人也自己做了基于LTZ的基准
有一天我突然收到一个名叫Riccardo的意大利人的邮件，说他也爱好基准，并发我了几张他DIY LTZ1000的照片


可以看到，他也是花了很多心血，  基准上还有个表头，用电池做后备电源，电源和基准部分有隔离。用现在的眼光看，也有一些不足：
---外部电阻关键部位用的不算好，但非关键部位也用成一样的了
---LTZ1000本身没有做热岛，更没有防风
---前面板用了开关。显然这是在模仿731B，然人家是非恒温的。恒温的不适合有开关

不过，他也够发烧的了，看一下他的设备：




9、有关Vishay 202Z
由于电压基准和电阻关系密切，而202Z在电阻里所占的地位，不得不单独说一说。
202Z是在高精密电阻榜上排在No.1的。老化和温度系数指标没人能超过，这是共识。
认识规认识，直到有一天，高人Zoo把个人能够拥有202Z变成了现实。有史以来最大规模的团购仍然处于进行时。



当然，后来经过测试发现，一向表现良好的Vishay，在202Z的参数上变得不厚道起来：虚夸典型温度系数。
另外，也发现老化特性随时间的增大居然有加速的趋势（而不是减少）。Vishay也是显然发现了这一点，把10年2ppm的指标偷偷的改成了6年2ppm。

lymex

成熟阶段

该知道的，基本上都知道了；
该做的，也基本上都做到了。


1、对器件和外围了解的深入了
对优秀商品基准（例如4910）的解剖
对老化、噪音等指标的重新的认识
263/LTFLU分支

2、介绍DIY基准的文章在国内最有影响的杂志之一《无线电》上长篇发表，不仅标志着媒体对基准的认可，更主要的是对于基准在国内的推广，起到了非常积极的促进作用




3、众多基准爱好者加入了DIY行列，做出了自己的各有特色的7V/10V


4、辅助的、派生的、外围的东西大量出现

烧管与保护，烧管家常便饭，直到烧过以后才重视保护

低热测试线，购买、DIY

低热接线柱，团购进行中

PWM，计划中

分压电阻，成熟

开关/扫描，2×4已经设计完毕、样机测试完成、PCB制作好，多路不用电源的扫描器准备中

VEE/Labview的应用，更多成功案例、逐渐推广


4、修机高手越来越多

lymex

展望未来之路

lymex

最后，看一下假冒和翻新的基准IC。
由于国内玩基准的越来越多，LTZ1000ACH有些供不应求，因此已经出现假货，望各位购买注意：

拆机、真品

拆机、翻新接脚、真品

接脚不牢而断掉

拆机、接脚、重新印字、假货！

  


   



还有，eBay上也出现了二手LTZ1000ACH，卖的价格还不低：http://cgi.ebay.co.uk/ws/eBayISA ... p;item=260474645765

eBay上的

Taobao上的

对比一下，完全一样！

   


【全文完】

逆风草

前排大沙发，期待全文。

yjm2000

支持老大记录历史（基准DIY）！

chuxp

前排占个座先！

lmserver

占位观赏。

csclz

期待

jj3055

支持

haisens

[s:31]

xplore

搬个板凳来占位 [s:37]

3609

俺能不能作为烧超级基准最多的人写上一笔

llycom

引用第15楼3609于2009-11-25  15:20发表的  :
俺能不能作为烧超级基准最多的人写上一笔   

当然可以啊，不过是败笔！[s:53]

lmserver

[s:36]

zhangxz

看老大的文章简直就是一种享受。无线电7期的不知那里有卖？这里只买到5期的。 [s:31]

yjm2000

引用第18楼zhangxz于2009-11-25 18:59发表的 :
看老大的文章简直就是一种享受。无线电7期的不知那里有卖？这里只买到5期的。 [s:31]

现在还能买到2009年5期的？

tompeng

期待后续。。。

changlu

占位学习。

PS：无线电08年7期谁有，我收一本

zhangxz

没有啦

jimton

MARK, 自己做一个：不要求准，但要求稳，几年都不变的！

stupid

老大似乎有话没说完，是否最近忙的不行。
好多故事没有讲出来，有点匆忙。

yjm2000

老大才开始写的，还没完成！

erduo

太好了!

lymex

引用第24楼stupid于2009-11-25  22:09发表的  :
老大似乎有话没说完，是否最近忙的不行。
好多故事没有讲出来，有点匆忙。

我是要逐渐增加内容的，现在回到第一页再看看？

寄心斋

其实还得加上屏蔽房.恒温室等配套的东东,哈哈