Хочу собрать качественный мультиметр - буду рад советам

[Mickle]

Ну, все мы понемногу учимся. К примеру, я с вашей подачи воодушевился применить лежащие без дела ADS1256 в модулях 6-ти или 7-разрядных вольтметров (как получится). Мне они вроде без надобности, но вдруг кому ещё сгодятся.
А ещё у меня всё большая уверенность в том, что последний флагманский мультиметр Rigol DM3068 на базе ADS1256 имеет именно такое решение входного узла и драйвера АЦП, которое у меня вызвало столь противоречивые мысли.

[ass20]

могу подкинуть еще китайца

оригиналы тут http://bbs.38hot.net/thread-4831-38-1.html

схемы перевел в пдф и приложил

Вложения

digHW12.PDF

цифровая часть

(465.5 KiB) Скачиваний: 568

algHW12.PDF

аналоговая часть

(862.72 KiB) Скачиваний: 514

[misha8us]

Получил резисторные сборки LT5400-3 (для делителя R3/R4 из моих схем), так что одной проблемой меньше. Так же сейчас имею нужный запас качественных малосигнальных реле (обычных и герконовых). И насчёт выбора буферных ОУ, вместо самодельной коррекции вернулся к изначально заложенным MAX4238, в них как раз по заявлению производителя в значительной мере решена проблема изменения входного тока при коррекции нуля. И вообще, как я понимаю, проблема изменения входного тока при коррекции нуля значительно больше проявляется в ОУ, использующим (отдельно или совместно с обычной коррекцией) принцип модулятора-демодулятора (chopper), такой принцип обеспечивает низкие шумы, но не подходит для высокоомных источников сигнала, а в MAX4238 используется усовершенствованный механизм обычной коррекции, за счёт чего и получается такой низкий входной ток и малое его колебание, но шум конечно выше (типовой пиковый 1.5 мкВ), что в моём случае (у меня минимальный разряд измерения 10 мкВ) не проблема.

Ещё решил измерения сравнительно высокоомных (выше 20 кОм) резисторов делать по двухпроводной схеме, поскольку влияние сопротивления щупов в этом случае значительно меньше нужной мне точности (пять знаков), зато нет проблем с наводками, причём тогда можно сделать наипростейшую схему измерения в виде простого делителя (референсное сопротивление-измеряемое сопротивление), подключенного к референсному напряжению (2.5 В), и мерять напряжение только на внутреннем референсном сопротивлении, тогда Rx=(16777216-Code)xRref/Code, где Code это показание АЦП. Если выбрать всего единственный Rref=500 кОм, то пределы измеряемого сопротивления Rx для пятизначной точности будут от 21 кОм до 12 МОм, а для четырёхзначной точности и до 120 МОм.

К примеру, я с вашей подачи воодушевился применить лежащие без дела ADS1256 в модулях 6-ти или 7-разрядных вольтметров (как получится).

Учитывая, что для ADS1256 при усилении 1 задана макс. нелинейность 0.001% от FSR, а для большего усиления вообще не задана, то у меня сомнения в достоверных 6-ти разрядах, а тем более в 7-ми. Единственный выход это делать дифференциальный вольтметр, когда добавляется ЦАП, подключенный к тому же референсному напряжению, что и АЦП, а измерение делается в три приёма, сначало измеряется входное напряжение (напрямую или после делителя, если оно велико, причём точность измерения здесь не важна, хватает достоверных 4-5 разрядов), затем полученный код вводят в ЦАП, получая на его выходе напряжение, примерно равное (с точностью не хуже единиц мВ) измеряемому, затем меряем это выходное напряжение ЦАП и запоминаем достоверные разряды (скажем первые 5), и наконец переводим АЦП на самый чувствительный режим и измеряем дифференциальное напряжение между входным напряжением (напрямую или после делителя) и напряжением ЦАП, и используем полученный результат для увеличения разрядов точности.

[Mickle]

Учитывая, что для ADS1256 при усилении 1 задана макс. нелинейность 0.001% от FSR, а для большего усиления вообще не задана, то у меня сомнения в достоверных 6-ти разрядах, а тем более в 7-ми. Единственный выход это...

Не поверите, но все широкодиапазонные (да и не только) мультиметры вот такие убогие, что имеют INL иногда на порядки больше, чем е.м.р. Что ж, такова жизнь. Даже верх совершенства АЦПстроения HP 3458A имеет INL ну никак не 0,01 ppm. Вот и мне бы за глаза хватило этих 10 ppm от FSR, например, для исследования малых приращений на фоне больших по аплитуде сигналов. А если бы не хватило, то NURBS в руки. За 46 отрезков я играючи доводил остаточную INL ADS1282 до величины менее 1 ppm при начальной в 12 раз больше (т.к. использвал квазидифференциальное включение, как и в вашем случае).
Что до рекомендации де только дифференциальный вольтметр спасёт мир, я лучше промолчу. Разводить полемику из-за пустяков - только тратить своё и чужое время

[misha8us]

Что до рекомендации де только дифференциальный вольтметр спасёт мир, я лучше промолчу. Разводить полемику из-за пустяков - только тратить своё и чужое время

Я имел ввиду, что метод дифференциального вольтметра может быть наилучшим при применении дельта-сигма АЦП (таких как ADS1256), а не вообще во всех случаях. У дельта-сигма АЦП нелинейность имеет как правило определённую зависимость, включающую область с очень малой INL и с плавным увеличением INL вне этой области до значений, заданных как максимальная. Поэтому если использовать метод дифференциального вольтметра для того, чтобы всё время окончательные измерения делать именно в этой области с минимальным INL, то можно без труда и для дельта-сигма АЦП, имеющих не супернизкий максимальный INL, но малые шумы, получить и 7 и даже 8 знаков, если конечно имеется соответствующее референсное напряжение.

[DWD]

Mickle, на предыдущей странице темы Вы выкладывали схему своего вольтметра. Есть парочка вопросов по нему.

1) Что означают следующие записи в номиналах резисторов: 9k2U5#6 (R3), 10kP10#3 (R4) и т.д. или RHCU (R2)?

2) ИОН (U32) запитан от отдельного стабилизиатора (U31) и пониженным напряжением. Зачем?
От отдельного - для лучшей развязки по питанию, а пониженным напряжением - для уменьшения зависимости выходного напряжения от входного?
На сколько станут хуже характеристики ИОН и(или) вольметра, если ИОН запитать напрямую от 12В?

3) Какую функцию выполняет стабилитрон U34? Обычно в такое место его ставят для защиты, но сам стабилизатор (U31) имеет защиту от КЗ, а если он и пробьётся, то ИОН (U32) сможет работать дальше, так как его рабочее напряжение больше, чем 12В.

[sls]

присоединяюсь к вопросам DWD в посте выше и хотел дополнительно поинтересоваться, чем обусловлен выбор U32, только имением под рукой или чем-то иным?
как бы max63хх при примерно такой же стоимости (в наших краях, по кр. мере) имеет лучшие характеристики

to DWD: думаю, R2,R7, R44, R49 медный провод для компенсации ТКС

[DWD]

Дело в том, что Mickle ответил мне в личке. Раз это ещё кому-то интересно, то, думаю, он не будет возражать, если я просто скопирую его ответ сюда. Секретного там ни чего нет...
Тем более, что он предвидел Ваши, sls, вопросы и заранее на них ответил.

Mickle
1) Странные записи в номиналах резисторов - для краткости. 9k2U5 - номинал 9,2 кОм, допуск 0,02%, группа ТКС 5, т.е. условное обозначение с корпуса резистора С5-61. #6 - индивидуальный номер, который присвоил я. Дело в том, что в критичных узлах (в основном делителях) резисторы приходится подбирать по ТКС. Для этого предварительно закупается избыточное количество требуемых номиналов, проводятся испытания на ТКС и уже дальше резисторы группируются. Получается очень дорого, но заказ резисторов на заводе-изготовителе ещё дороже и намного дольше.
К сожалению по разным причинам иногда не удаётся результирующий температурный коэффициент свести к требуемому значению. Тогда на помощь приходят медные добавочные резисторы. RHCU - это как раз один из них. H - сокращение от high, т.е. верхнее плечо делителя. CU - медь

2) ИОН (U32) - это не ИОН АЦП, а лишь источник синфазного смещения 2,5 В на входах АЦП для работы в дифференциальном режиме, т. е. для полного использования динамического диапазона. В предыдущей версии вольтметра я использовал простой делитель из 2-х резисторов и повторитель на ОУ. Малошумящий стабилизатор (U31) - это источник AVDD АЦП.

3) Стабилитрон U34 ограничивает напряжение AVDD АЦП в аварийных ситуациях, равно как U35 ограничивает DVDD. Цена чипа АЦП за гранью добра и зла, поэтому дополнительные меры предосторожности лишними не будут

[0xFF]

http://www.ebay.com/itm/GW-Instek-GDM-8 ... 2343064137
И не мучатся ... (freight forwarding в россию шлют)

[Mickle]

И не мучатся ... (freight forwarding в россию шлют)

Мучиться или же наоборот, получать удовольствие от создания чего-то нового - решает каждый сам для себя. Иначе давно бы заглохли многосотстраничные темы по разработке транзистортестеров, измерителей RLC, ESR и прочей любительской измериловки. Не вижу ничего зазорного в том, чтобы собрать если не полноценный мультиметр, то по крайней мере то, что ему эквивалентно в части определённых видов измерений.

В Сети проектов самодельных мультиметров немало. Некоторые образцы заткнут за пояс даже промышленные приборы.
1) Карманный мультиметр со шкалой +-1250000
http://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=159444&extra=page%3D1





2) Карманный 6,5 разрядный мультиметр MX6.5
http://www.amobbs.com/thread-5120468-1-1.html
http://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=4831
http://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=4594&highlight=mx6.5





3) Макет 6,5-разрядного мультиметра
http://bbs.38hot.net/forum.php?mod=viewthread&tid=67490&extra=&page=1



4) Ну и конечно же 3-е издание Азбуки, в котором на стр. 343 и 918 подробно рассмотрены узлы мультиметров HP/Agilent.
https://yadi.sk/i/7ckSQnt63DEEuj

[0xFF]

О! я абсолютно не против; ЛТЦ2400 + ардуино у самого валяется типа 6.5 разрядный забацаем, результат можно верить 4 цифрам , 5 - плывет (термический фактор), 6- мусор. Все эти софтварные усреднения результата не дали .... гдето ошибся и в компонентах тоже ...

я вообще за но вижу проблему шире; как пример на форуме усилителей там группа человек 5-10 пилит единственную схему/проект. Здесь я вижу уже на 1 ветке типа "В общем, лично я пока не вижу, что тут можно советовать и что обсуждать." ибо топикстартер возможно не имеет достаточной квалификации, но и направить на путь истинный тоже возможности нет ... ввиду разных факторов ... 2-ой момент , если у меня на руках 3-х разрядная мерилка , каким образом я проконтролирую точки схемы которая должна быть 5 знаков после запятой, покажите мне прибор которым лефша блоху подковал, .... те кто собрал 6 разрядов имели соответсвующее оборудование .

7 разрядный мультиметр , даже если выкинуть переменку сложнее чем усилитель, даже по разводке платы, добавляя софт .... и компоненты ...

вывод: Надо собираться вместе и пилить вместе, у 100 человек ошибок будет меньше чем и одного , тихо сидящего в уголке, но бюджетно не выйдет ( 4-х слойные платы нефига не дешево для примера) ; я вот мечтаю о 7 стабилнih разрядах, но квалификации сдeлать самому 0,0 те остается купить 20-летний хлам за 1000 ...

Прошу извинить за тон и ошибки если что ... но моя идея надеюсь понятна.

[sls]

ЛТЦ2400 + ардуино у самого валяется типа 6.5 разрядный забацаем, результат можно верить 4 цифрам , 5 - плывет (термический фактор), 6- мусор.

где-то прочел у буржуинов, что пятая цифирь после запятой вытягивается правильной разводкой платы, попробовал, но у меня все равно на пару единиц плавает.
наверное сюда что-то еще приложить нужно, знать бы что именно.

update: а у ипонцев, как всегда, все хорошо - шесть цифирок, как с куста https://www.youtube.com/watch?v=9ZCggIZOwH4

[0xFF]

АААА так это не самопальная схема\плата ...
Это тестовая плата забацанная самой Linear: http://www.linear.com/solutions/2827 ; купить: http://www.linear.com/purchase/DC573A

[sls]

там на видео у японца еще и калибратор шумит на несколько микровольт
как раз коррелирует с болтанкой в шестой цифре после запятой
получается, ltc2400 рулит и на единицах мкВ
попробую попилить разводку и оптоизоляцию от usb, самообразования для

[Mickle]

Тестовые платы со всеми прибамбасами стоят как крыло самолёта. Зато схемы и разводка к ним в свободном доступе. Изучай - не хочу.
На видео сверху вольтметр на ADS1256 со шкалой 5 В измеряет разность напряжений 2-х 10-вольтовых ИОН на LTZ1000 и LM399, снизу вольтметр на ADS1282 измеряет 10 В.
https://youtu.be/nUt5admOQzQ

[0xFF]

Вот смотрю я на LTC2500; 148dB Dynamic Range (Typ) at 61sps; Это как-то можно на практике осуществить ? А как насчет "летящего конденсатора" во входной схеме ....

[sls]

На видео сверху вольтметр на ADS1256 со шкалой 5 В измеряет разность напряжений 2-х 10-вольтовых ИОН на LTZ1000 и LM399, снизу вольтметр на ADS1282 измеряет 10 В.

внушительно
Вы ведь используете усреднение данных с АЦП в этих двух конструкциях?

[Mickle]

Да, всё так и есть. Оба АЦП программируются на длительность единичного преобразования 20 мс (1 PLC, период сетевой помехи). А дальше программное суммирование сэмплов прямо в обработчике прерывания АЦП. На видео 100 PLC, т. е. 0,5 изм./сек.

[0xFF]

Т.Е. усреднение также убирает шумы опорного напряжения? Как вообще влияет шум опорного напряжения? Многие готовые решения AD586 например декларируют 4 микровольт пик шума. Т.Е. в теории уже 8 микровольт между 2-мя измерениями.

Еще вопрос: синхронизация с сетью , т.е. нужно ловить переход синуса сети через "0" делать низкий SYNC, ловить готовность данных DOUT , читать данные, и опять все снова ????

[Mickle]

Нестабильность опорного напряжения влияет на результат измерения ровно таким же образом, как и нестабильность входного сигнала АЦП. С шумами всё не так просто. Амплитудное или СКЗ шумов ИОН в спецификации указывается для определённой полосы частот, например 0,1-10 Гц. А у АЦП эффективная полоса может быть задана (и наверняка будет) иная, чем в спецификации. Кроме того, по спектральной плотности мощности шума по частоте ИОНы тоже не одинаковы. Например, ИОН может оказаться с преобладающей 1/f компонентой, и тогда можно интегрировать хоть вечность

Синхронизация с сетью помогает лишь в том случае, когда длительность цикла преобразования входного сигнала не кратна периоду сетевой помехи, т.е. PLC<1 или выражается не целым числом. В остальных случаях синхронизация не имеет особого смысла.