Продолжаю исследовать АЦП...
Итак, питание ОУ интегратора, желтый луч - положительное, синий - отрицательное:
Питание организовано следующим образом:
Резисторы R122, R123 - 30Ом, конденсаторы C55, C56 - 0.1мкФ, керамика.
Импульсный ток потребления по этим шинам выходит что-то около 1.5мА.
Было решено попробовать зашунтировать конденсаторы C55, C56 танталовыми конденсаторами на 10мкФ.
Были сняты шумовые дорожки АЦП без и с дополнительными конденсаторами.
Условия замера:
1. Вход АЦП отключен от усилителя и замкнут на землю.
2. Время интегрирования: 2.56 сек.
3. Вольтметр тактуется от кварца, генератор с ФАПЧ отрезан.
Шумовая дорожка без дополнительных конденсаторов:
Шумовая дорожка с дополнительными конденсаторами:
Расшифровка графиков:
По оси X - номер измерения, время между которыми равно 2.56 сек.
чувствительность АЦП составляет 10мкв, соответственно е.м.р = 10мкВ.
Полная шкала АЦП =40В, значения ppm рассчитывались от полной шкалы АЦП.
Далеко идущих выводов пока делать не буду, но не думаю, что для 6 1/2 разрядного вольтметра шум АЦП в 300мкВ p-p (или же 80мкВ p-p, с дополнительными конденсаторами), является допустимым.
Ну и для сравнения, у В7-39, на базовом диапазоне, при сопоставимом времени интегрирования младший разряд не шелохнется, при этом УПТ не отключен от АЦП.
Буду продолжать дальнейший анализ и поиск неисправности.
Добавлено after 2 hours 52 minutes 58 seconds:Была произведена замена ОУ интегратора АЦП К544УД1
Б на К544УД1
АКонденсаторы по питанию ОУ заменены на танталовые 33мкФ.
Так как ОУ при работе ощутимо нагревается, для уменьшения температурного градиента на плате (рядом стоит ключ опорного тока) на ОУ был поставлен небольшой радиатор.
Шумовая дорожка АЦП получилось следующей:
Не идеально, но уже лучше.
Примененный в В7-54 компаратор 597СА3А имеет время задержки 300нс, при этом время единичного цикла интегрирования составляет 2.5мс.
Для сравнения в вольтметре Solartron 7081, при времени единичного цикла интегрирования в 6.25мс (если я не ошибаюсь), применен более быстродействующий компаратор LM311, который имеет время задержки 200нс.
Мысли, что еще можно попробовать сделать для улучшения ситуации:
Так как пока лезть в схему формирования опорных токов не очень хочется, то в первую очередь:
1. Заменить компаратор на более быстродействующий.
2. Заменить второй ОУ 140УД14 в интеграторе, на что-то более современное, имеющее меньшее смещение, дрейф и шумы.
3. Если первые 2 пункта не помогут избавится от шума АЦП, то лезть схему формирования опорных токов.
Добавлено after 9 hours 33 minutes 41 second:Так же добавил танталовые конденсаторы на питание компаратора. Радиатор с ОУ интегратора убрал. Подключил назад генератор с ФАПЧ и соединил УПТ с АЦП.
Дал вольтметру приработаться несколько часов.
Условия:
1. Диапазон 20В
2. Вход вольтметра замкнут перемычкой
3. Установлен гермоблок и экраны на место.
Получилась вот такая картинка:
Отдельно хочу сказать о "выбросе" вниз до -40..-30мкВ и возврате назад. Сползание вниз произошло после срабатывания автокоррекции нуля, так же как и возврат.
Понаблюдав за работой автокоррекции нуля, понял, что с этой частью схемы вольтметра тоже придется разбираться, иногда она дает уползание нуля до 100мкВ, но чаще все же держит стабильно.
Также провел пробную калибровку вольтметра, с целью оценить смещение нуля на диапазоне 200В, смещение нуля уменьшилось в 10раз, было 160мВ, стало 15мВ.
На данный момент можно сделать следующие выводы:
1. Замена ОУ интегратора АЦП К544УД1
Б на К544УД1
А, добавление танталовых конденсаторов на 33мкФ, на питание ОУ интегратора и компаратора позволило снизить шум с 14ppm p-p до 1ppm p-p. (Тут меня смущает тот момент, что я ни за что не поверю, что разработчики данного прибора не учли пульсации по питанию данных микросхем из-за их потребления и не предусмотрели установку более емких конденсаторов...)
2. Обнаружились проблемы с работой схемы автокоррекции нуля.