LTZ1000性能改善措施

youngliu

最近反复研究、试验了LTZ1000做的7V电压基准，总结了几点性能改善及提升措施。
1.尽量留长脚，这对于LTZ1000CH比较有利于降低电流消耗（从引脚散失的热量减少），实测1cm长脚比贴板安装电流消耗少5mA左右，同时也更利于降低引脚与PCB PAD界面温度，有利于各PAD均温。在这一点上，我的认识与lymex老大相左。
2.减小加热器电路中与0.1u电容串连的1Mohm电阻阻值，可降低电压波动。加热控制电路本质上是一个PI（比例积分）调节电路，1Mohm电阻与10k电阻构成比例环节，10k电阻与1Mohm电阻与0.1uF构成积分环节。降低比例环节增益将会使加热电流波动减小。从而降低输出电压波动。当然基准电压响应可能会有所变慢。
3.作为LTZ1000CH，不使用400K电阻更有利于降低波动，裸板使用更有利。但LTZ1000绝热及均温（所谓“热沉”）一定要做足功夫。
4.将OP输出端串连的二极管1N4148以短路线代替，更有利于提高系统抗干扰性能。少了一个非线性器件，减少了拾取RF干扰的可能或降低了拾取干扰信号的灵敏度。

lmserver

无图无真相，等测试曲线。[s:61]

youngliu

不提供图片，信不信由你。本人使用34401A测试，利用其算术运算功能（min、max），用快速6位、慢速6位采样数万次读数（只能查看到7位数字显示的最大值、最小值和平均值，无法看到每一个读数），确实大有改观。
7.177706 AVG
7.177710 MAX
7.177702 MIN
14219 RDG

youngliu

注：本人使用公司设备，34401A几个月连续通电是常事，这台表是2004年时购买的，先后经过贵阳、重庆、深圳、武汉等省级计量机构校准了n多次，从来没有超标过，老化极小。在贵阳校准用1281做标准，重庆、武汉都用fluke8508A做标准。

xplore

楼主找个gpib卡， 34401a就可以当8位半用了

youngliu

有这等好事么？从来没有听说过，以前只用RS232接口采集过一些数据

zy_sh_npk

你不是有2块以上的ltz板吗？做个背靠背就行了，用rs232采集数据划个曲线比较一下，就看得更清楚了。
我用背靠背测试过ach的，长脚的波动大些，就再次焊接做短了，可ach的波动还是大，看来在加热反馈环要做些
改进更有效果。

langyan

引用第4楼xplore于2010-02-22 16:22发表的 :
楼主找个gpib卡， 34401a就可以当8位半用了

3458A用gpib卡，可以当多少位使用？

youngliu

引用第6楼zy_sh_npk于2010-02-22  17:04发表的  :
你不是有2块以上的ltz板吗？做个背靠背就行了，用rs232采集数据划个曲线比较一下，就看得更清楚了。
我用背靠背测试过ach的，长脚的波动大些，就再次焊接做短了，可ach的波动还是大，看来在加热反馈环要做些
改进更有效果。

做背靠背要用两个独立电源（或电池供电），这个还方便，但公司办公电脑都不让安装软件，电脑也不带RS232接口，麻烦呀

lmserver

不是信不信的问题，没曲线如何看噪音指标，

xplore

34401a直接测量， 不用gpib卡的话， 6位半， 应该看不出啥区别。

我们基本按照标准线路做的板子。 短稳(uVp-p)都在0.2ppm以内， 这个坛子里上过不少图了。  楼主做的改善， 都是对短稳的改善，  楼主用34401a凭什么测量0.2ppm以内的改善？

youngliu

我采用同一个电源给两块LTZ板供电，输出接到34401A做DCV：DCV比率测量。一段时间，看到3ppm左右的变动，未改之前的：
999.7451 m  MIN
999.7482 m  MAX
999.7459 m  AVG
563 RDG
最大值为999.7482超出平均值2ppm，可以认为是受干扰的数据，应该除去。但没有去掉1N4148就是比较容易受干扰。有时测量还能看到更大的。去掉1N4148之后，结果好了许多。

youngliu

引用第11楼xplore于2010-02-22  17:40发表的  :
34401a直接测量， 不用gpib卡的话， 6位半， 应该看不出啥区别。

我们基本按照标准线路做的板子。 短稳(uVp-p)都在0.2ppm以内， 这个坛子里上过不少图了。  楼主做的改善， 都是对短稳的改善，  楼主用34401a凭什么测量0.2ppm以内的改善？

用算术运算功能max、min可出7位数据，可以分辨0.1ppm。
改善短稳的措施能降低噪声，长稳就要靠器件aging来保证了
对于电压基准，改善了短稳，就很有价值了。

youngliu

引用第4楼xplore于2010-02-22  16:22发表的  :
楼主找个gpib卡， 34401a就可以当8位半用了

刚才看了一下坛子里相关文字显示34401A透过的GPIB读取到的数据为8位半，但最后一位都是零，实际也就是7位半而已。

jambalaya

两组LTZ背靠背供电还是分开好，两组电池各供各的。

xplore

楼主的两个基准， 比率变动会高达3ppm ， 只能说太差了些。 LTZ1000的短稳指标是0.2ppm， 所以两LTZ1000的短期比率变动应该不会超过0.4ppm。

youngliu

不见得是基准的问题，我试过用一个源输出做DCV：DCV比率测量，按理是1.000000，可实际上就有超过0.5ppm的变动，很不解

youngliu

另外，我的基准与34401A、电源等与网络电脑主机、主机电源、显示器等都放在一张L形办公桌上，基准与人体距离很近，且时有变化。

xplore

实际上，34401a的DCV：DCV, 性能很一般， 根本不能拿来比较LTZ基准

youngliu

引用第19楼xplore于2010-02-22  20:38发表的  :
实际上，34401a的DCV：DCV, 性能很一般， 根本不能拿来比较LTZ基准

同感。所以后来改成只用算术运算功能了。

youngliu

这个是最基本的，为此我也定做了两组4串16.8V 2200mAh的锂电池组。分别给一个LTZ基准供电，可以连续工作四天。

zy_sh_npk

LTZ的短稳到0.2PPM应该还是不错的，能不能再在外围电路上做些提高，使短稳在0.1PPM以下呢.

不知道有人测绘过HP3458A的基准板吗?

zy_sh_npk

引用第21楼youngliu于2010-02-22  21:13发表的 回 15楼(jambalaya) 的帖子 :
这个是最基本的，为此我也定做了两组4串16.8V 2200mAh的锂电池组。分别给一个LTZ基准供电，可以连续工作四天。

有这样的条件，完全可以做背靠背测试了，34401A直接测试LTZ的基准输出的数据是不具有
说服力的。

lymex

很好的尝试，非常高兴的看到新的方法、不同的意见，这样才能引起讨论。

基准的性能指标，主要是长期稳定性、温度系数、短稳。尽管楼主开始没有明确说明改善的是什么指标，但后来可以看到，主要是改善短稳。

实际上，LTZ1000温度系数指标是0.05ppm/C，很不错了，改善余地不大。而34401的温度系数指标是5ppm/C，是前者的100倍，因此，用34401加上简单的测试方法是测试不出来LTZ的温度特性的。类似原因，用34401也测试不出来LTZ的长稳。

至于短稳的起因，可以认为有三个：
A、器件内部的，0.1Hz到10Hz的为主，DS里有曲线，这个是器件固有的，可以通过挑选器件来少许改善，或者通过加大稳压管的电流（但有限度）来改善。

B、更低频的，以秒、十几秒为周期的波动，主要是散热的不均匀加上接触热电动势引起的。这个是重点。
C、电路的振荡和外界干扰，这个也不容忽视。

那么如何能减少热波动呢？无非就是以下几个方法：
1、降低温差。LTZ内部的温度越高，外部环境温度越低，那么温差就越大，热电动势也就成正比的大。
2、不同金属材料接触的关键部位要尽量均温。可伐脚和铜的温差电动势是非常大的。
3、外部遮风。就是把LTZ以及相关的PCB用遮风罩罩住，这样就大大降低对流散热，因为空气的流动是非常不稳定的，引起不稳定的散热，从而引起温度的波动，最终体现在电压的波动上。
4、采用低热焊锡

降低LTZ温度，这个我们已经做到很好了，没什么改进余地了。事实上，3458A内部基准温度尽管达到85度或更高，似乎都没对短稳有啥影响，因为3458A是世界上短稳最好的表（没有之一）。

管脚焊接部位的均温，可以采用热岛的方式。当然，加大LTZ的引脚长度，也是可以很有效的减少焊点部位的温度，也是一种方法。

外部遮风，用塑料和泡沫均可，主要就是隔绝对流。3458A和2002的基准，用的就是塑料罩，而且没做热岛。如果LTZ的引脚加长，那就很难做遮风了。而没有遮风的基准，那短稳将会非常差，这一点早有定论。参考LT AN82：



低热焊锡，我曾经做过，后来由于改善不大，也不用了。

事实上，只要采取以上适当措施，热波动而引起的短稳/噪音，可以忽略，也基本无需再改进了。如果用34401测试基准发现不太好，那基本上属于34401本身的问题，或者屏蔽没有做好。
看我自己第一个DIY的LTZ 10V基准，以上措施都不很到位，但正是这个基准，取得了近乎完美的短稳，用8位半的3458A测试，方差可以达到0.015ppm之内，测试视频在这里：http://www.dl-car.com/~2038/DSCN9625.MOV
测试的时候，LTZ上是有泡沫遮风，同时装盒。



这样，短稳唯一遗留问题，就是振荡和干扰了。这个我不在行，楼下的继续。

youngliu

34401A的温度系数并没有老大说的那么大（5ppm/度），实际上，34401A的datasheet中关于温度系数一栏，写明是18度以下及28度以上适用，即23+/-5度内不需要考虑温度系数（当然不是说完全不受温度影响）。今年过年期间公司空调停开，室内温度降低到不到10度，我用34401A测我做的7V基准，发现与22度测量数据相差不到5ppm。
我最初做LM399 10基准时也是采用了100k电阻，后来试验发现不用也行就去掉了。关于运放在正常共模电压范围外时会出现输出电压反转的现象，这个我是有所了解的（当时是在研究用单电源给运放供电做精密整流）。本次制作LTZ1000 7V基准尝试用指标更好的OP200代替LT1013也发现OP200不能工作在共模电压接近地（-）。另外，电压反转现象不一定就是低电平输出，也可以是输出高电平。
我在用OP07做LM399 10基准升压电路，发现并不会受此影响，原因可能是因为OP07存在不小的Ib，而OP同相端与反相端直流偏置电阻相差很大（尤其是zener未击穿时），因此OP输出能迅速稳定到10V。

youngliu

引用第16楼xplore于2010-02-22  20:16发表的  :
楼主的两个基准， 比率变动会高达3ppm ， 只能说太差了些。 LTZ1000的短稳指标是0.2ppm， 所以两LTZ1000的短期比率变动应该不会超过0.4ppm。

比率变动达3ppm是包含了干扰数据的，去除干扰数据之后 极差只有2ppm，折合标准差只有0.3ppm。另外所有测量数据均包含了34401A本身、以及环境温度变化、干扰等影响。
我去掉1N4148之后，基准抗干扰能力大为提升了。裸板放在桌子上，已经很少受影响了（原来人体靠近或远离就能看到数据跳动，现在距离0.5m以上打手机基本上不受影响了）。

csclz

学习

mcmwy

我对您的第三条提出异议，昨天就没接400K，结果六位半的后两位一直在跑。接了400K就OK了。估计接上的话更好吧！！或者您买的是REMARK的ACH成CH了

zhichitianya

[s:29] 说明根据？

chem

洞洞板也做到不太差的基准!

引用第24楼lymex于2010-02-22  21:48发表的  :
很好的尝试，非常高兴的看到新的方法、不同的意见，这样才能引起讨论。

基准的性能指标，主要是长期稳定性、温度系数、短稳。尽管楼主开始没有明确说明改善的是什么指标，但后来可以看到，主要是改善短稳。

实际上，LTZ1000温度系数指标是0.05ppm/C，很不错了，改善余地不大。而34401的温度系数指标是5ppm/C，是前者的100倍，因此，用34401加上简单的测试方法是测试不出来LTZ的温度特性的。类似原因，用34401也测试不出来LTZ的长稳。
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