RVS-71 Миллиомметр-ИОН

[Andrey_B]

u37, спасибо за наводку на редкого зверя.

Такие ещё мысли. Кратковременная нестабильность напряжения, которое будет подаваться на цепочку измеряемого и образцового сопротивлений, если не будет абсолютно синхронного измерения падений на них, будет вносить погрешность. Даже если использовать два модуля АЦП в ADS1263 сразу, то их нельзя запустить одной командой. Значит они будут измерять падения с временным сдвигом. Да и не факт, что при одинаковом времени преобразования, в них полностью идентично проходит алгоритм этого преобразования. Поэтому видимо придётся вводить дополнительный линейный стабилизатор, заодно решающий и проблему пульсаций.



ЗЫ: эта схема будет неустойчива, надо будет её ещё допилить на эту тему.

[Ocela]

Andrey_B, пишите периодически о своих работах, чтобы подогревать интерес, а то опять все затихло..

[Andrey_B]

Наваливаются то праздники, то работа, времени не хватает.
Но потихоньку двигается, написал обмен с АЦП, правда пока не разбирался с калибровками. Нашёл косяк в п/п - входные ноги у TP27-SR перепутал. Коротнул +3.3В на землю - необъяснимо вышибло TC962. Вообще она странно себя ведёт, иногда просаживается -3.3В. Глубоко не копал ещё, но похоже придётся, как u37 говорил, отсосать немного с преобразователя +3.3В на эти цели.
UART как инструмент отладки - незаменимая вещь, на много полезней дисплея. Gain=1, вход повторителя по AIN5 на земле, нагреватель отключен, ШИМ выхода фиксирован на 1%, поочередное измерение 2.5SPS:

Код: Выделить всё

RVS-71. FW Ver0.
Read FRAM, LABEL_43==43.
TFT LCD Init. TFT LCD Clear.
Init ADS1263. ID=0x23.  Status=0xE1. Temp=+32.5`C.
Start main()
 U67=82.9127mV,  U5=0.5371mV,  T2=32.63`C
 U67=82.9199mV,  U5=0.5374mV,  T2=32.77`C
 U67=82.9242mV,  U5=0.5377mV,  T2=32.88`C
 U67=82.9266mV,  U5=0.5380mV,  T2=32.93`C
 U67=82.9279mV,  U5=0.5371mV,  T2=32.98`C
 U67=82.9259mV,  U5=0.5374mV,  T2=33.03`C
 U67=82.9278mV,  U5=0.5370mV,  T2=33.02`C
 U67=82.9307mV,  U5=0.5382mV,  T2=33.06`C
 U67=82.9336mV,  U5=0.5363mV,  T2=33.09`C
 U67=82.9337mV,  U5=0.5369mV,  T2=33.10`C
 U67=82.9347mV,  U5=0.5372mV,  T2=33.10`C
 U67=82.9343mV,  U5=0.5374mV,  T2=33.11`C
 U67=82.9382mV,  U5=0.5362mV,  T2=33.13`C
 U67=82.9378mV,  U5=0.5367mV,  T2=33.11`C
 U67=82.9395mV,  U5=0.5368mV,  T2=33.12`C
 U67=82.9407mV,  U5=0.5367mV,  T2=33.11`C
 U67=82.9389mV,  U5=0.5368mV,  T2=33.13`C
 U67=82.9404mV,  U5=0.5366mV,  T2=33.13`C

[ass20]

[uquote="Andrey_B",url="/forum/viewtopic.php?p=4781083#p4781083"]UART как инструмент отладки - незаменимая вещь, на много полезней дисплея.[/uquote]

рекомендую segger RTT для jlink .. отладочные сообщения идут через лили swd... uart распаивать не надо .... никаикх лишних проводов ...
единственное для слабых камней надо конфигурацию подредактировать, чтоб по меньше жрало ОЗУ ПЗУ ..
Как стлинк превратить в жлинк надеюсь знаете )))

[Andrey_B]

ass20, слыхал про такое, но сам пока ни где не использовал. А тут UART с поддержкой уже вроде как есть, да и структура прошивки простая, не требует критичных к времени процессов.

[Andrey_B]

[uquote="Andrey_B",url="/forum/viewtopic.php?p=4781083#p4781083"]...TC962. Вообще она странно себя ведёт, иногда просаживается -3.3В.[/uquote]
Похоже дело было в кондёрах, не понравилась ей что-то керамика 4.7мкФ. Заменил на тантал 47мкФ, напряжение стало стабильным -2.3В. Дроп для 79M05 получается 1.8В, что мало, т.к. у разных производителей он от 1.1 до 2В. Моему экземпляру видимо хватает. Сейчас фактическое напряжение питания +4.5В/-475мВ.

DA3 TP27-SR заблудила, пришлось её успокаивать кондёром 4.7нФ между ногами 2 и 6.

U67 - напряжение на делителе выхода (R10-12) при скважности ШИМ около 96% (на выходе около 12В):

Спойлер

Код: Выделить всё

 U67=3999.9447mV,  U5=0.6088mV,  T2=31.78`C
 U67=3999.9443mV,  U5=0.6090mV,  T2=31.78`C
 U67=3999.9447mV,  U5=0.6088mV,  T2=31.79`C
 U67=3999.9441mV,  U5=0.6089mV,  T2=31.77`C
 U67=3999.9447mV,  U5=0.6084mV,  T2=31.75`C
 U67=3999.9441mV,  U5=0.6093mV,  T2=31.75`C
 U67=3999.9441mV,  U5=0.6091mV,  T2=31.76`C
 U67=3999.9448mV,  U5=0.6087mV,  T2=31.74`C
 U67=3999.9441mV,  U5=0.6092mV,  T2=31.72`C
 U67=3999.9439mV,  U5=0.6091mV,  T2=31.71`C
 U67=3999.9439mV,  U5=0.6092mV,  T2=31.71`C
 U67=3999.9440mV,  U5=0.6089mV,  T2=31.69`C
 U67=3999.9436mV,  U5=0.6091mV,  T2=31.68`C
 U67=3999.9453mV,  U5=0.6094mV,  T2=31.67`C
 U67=3999.9444mV,  U5=0.6094mV,  T2=31.68`C
 U67=3999.9452mV,  U5=0.6090mV,  T2=31.68`C
 U67=3999.9449mV,  U5=0.6094mV,  T2=31.65`C
 U67=3999.9445mV,  U5=0.6090mV,  T2=31.64`C
 U67=3999.9442mV,  U5=0.6090mV,  T2=31.64`C
 U67=3999.9441mV,  U5=0.6087mV,  T2=31.65`C
 U67=3999.9449mV,  U5=0.6093mV,  T2=31.62`C
 U67=3999.9446mV,  U5=0.6093mV,  T2=31.63`C
 U67=3999.9438mV,  U5=0.6092mV,  T2=31.61`C
 U67=3999.9446mV,  U5=0.6090mV,  T2=31.61`C
 U67=3999.9443mV,  U5=0.6092mV,  T2=31.62`C
 U67=3999.9437mV,  U5=0.6095mV,  T2=31.60`C
 U67=3999.9444mV,  U5=0.6091mV,  T2=31.59`C

[Andrey_B]

Попробовал разные фильтры в ADS1263, значимый размен шума на время преобразования происходит при достаточно больших временах, значить придётся делать настраиваемый выбор (степень фильтрации / время измерения).

[uquote="Dӧppelganger_857",url="/forum/viewtopic.php?p=4741516#p4741516"]Вопрос, а почему бы не снимать выход на A4 прямо с делителя в ООС ОУ выдающего REF? Те два делителя по сути де выполняют одну и ту же функцию, умножая REF на 1/3.[/uquote]
После экспериментов пришёл к выводу, что да, можно тут обойтись одним делителем. Это даже трассировку немного упростит.

Разобрался с калибровкой ADS1263. Погонял формирование выходного опорного напряжения, выплыли косячки по трассировке земель, надо править. Пока по доработкам режу имеющуюся плату, ну если так дальше пойдёт, надо будет изготавливать переразведённый вариант. Выложил текущий вариант принципиальной схемы аналоговой части с выделенными землями: https://disk.yandex.ru/i/rVxA1RvWJiw3vQ

Прикинул пульсации после ШИМ регулятора опорного напряжения. Без программного расширения разрядности, с тактовой 32МГц 16бит дают частоту несущей 488Гц. При подходящих значениях RC (100-200нФ C0G, 10-20кОм) синхронного фильтра и приемлемом времени успокоения (до 1сек) теоретический размах пульсации менее 1мкВ. Но слишком крупный шаг: для опоры 4.096В получается 62.5мкВ. А хотелось бы помельче.

Если расширять разрядность разными методами (чередование по Брезенхему младшим разрядом N/N+1, дизеринг N+D с размытием спектра, дельта-сигма 2-го порядка) в полосе до 10Гц всё равно остаются пульсации значимого размаха, которые имеющимися аппаратными средствами не подавить. Можно ещё прикинуть MASH третьего порядка, как делали тут.

Или вместо stm32l151 применить stm32f303, у которого есть 32-битный таймер с тактовой 144МГц, который обеспечит 21-битный ШИМ с несущей 68Гц, шагом изменения опоры 2мкВ и соизмеримой пульсацией на выходе. Причём эта пульсация будет иметь спектр от 68Гц и выше, где в общем она не мешает.
Ну или смирится с крупным шагом. На точность это не повлияет, но сузит возможности, например при измерениях методом компенсации. Ну и лишит красивости круглых чисел на дисплее.

[ass20]

[uquote="Andrey_B",url="/forum/viewtopic.php?p=4787346#p4787346"]место stm32l151 применить stm32f303, у которого есть 32-битный таймер с тактовой 144МГц, который обеспечит 21-битный ШИМ с несущей 68Гц, шагом изменения опоры 2мкВ и соизмеримой пульсацией на выходе. Причём эта пульсация будет иметь спектр от 68Гц и выше, где в общем она не мешает.
.[/uquote]

Вместо stm32L151 лучше рассмотрите продукцию arterychip.com или arterytek.com
все нынешние LCR китайские вместо F303 который был в nRLC uRLC ставят Artery AT32F403A
в плане освоения у них есть аналог cubemx и cubeIDE
можно купить на озоне или али , я брал на али 100р /шт

[u37]

Две фазы (если оставить концепцию)?

[Andrey_B]

u37, рассматривал такое, поставить вторым этажом ещё одну ADG419 и завести на неё сдвинутый ШИМ. Но без своего звена синхронного фильтра как-то не ясно на сколько эта вторая фаза реально добавит эффективности подавления пульсации. А добавлять второй ключ звена синхронного фильтра и несколько относительно крупных конденсаторов посчитал большим злом, чем переход на более высокочастотный МК.

А так, если замахиваться на достижение максимально возможного, можно попробовать взять stm32g474 и сделать на нём 6-фазный 16-битный ШИМ с несущей 83кГц (тактовая 5.44ГГц).

ass20, из китайцев пока только CH32V203 пробовал. А так да, попадаются у них интересные кристаллы.

[Andrey_B]

MASH-2, 13 аппаратных бит + 9 программных.
Значение ШИМ - 0x200000, середина шкалы, худшее место по пульсациям.
По Y напряжение в мВ. Время преобразования двух каналов поочередно: ~500мС.
Фильтр в ADS1263 - SINC3.

При увеличении аппаратного разрешения до 14 и более бит пила вылезает ещё сильнее. Фильтр видимо не справляется. MASH-3 даёт меньше широкополосного шума, но увеличивает размах пилы. Думаю как совсем избавится от пилы, но не знаю, возможно ли это без перехода на другой МК.

По широкополосному шуму MAX6341 даёт 1.5мкВ, с Кус=3 ОУ это 4.5мкВ, + собственные шумы ОУ + ненулевые шумы синхронного фильтра + тепловые шумы резисторов + шум самого АЦП, т.е. улучшать по видимому уже некуда.

Текущая разводка земель.

[Andrey_B]

В поисках источника пилы перешерстил всю аналоговую часть (заодно изрядно её оптимизировал), и в конце концов нашёл причину совсем не там. Чёртов джиттер кварцевого генератора МК! При 16-ти битном разрешении и 50% скважности, если засинхронизироваться по фронту, спад импульса в течении 20-30 сек уползает примерно на 15-25нс, потом рывком возвращается назад. Времена не чёткие, плавают. Замены на разные типы кварцев нормальный сигнал не дали, какие-то больше, какие-то меньше, но все подвержены такому эффекту. В закромах на 32МГц (чтоб уж на всяких случай и петлю PLL в МК не использовать) нашел только генератор Koyo 1989 года. Не смотря на то, что он на 5В, всё отлично заработало.

Новые земли, чуть другие номиналы конденсаторов, выходной ОУ теперь фильтр 2го порядка. MASH-2, ~16 аппаратных бит + 8 программных (частота несущей 500Гц), полный выходной диапазон до +12В, шаг перестройки 0.75мкВ. Время преобразования двух каналов поочередно: ~500мС (фильтр в ADS1263 - SINC3).
Термостат не включен, открытая плата лежит на столе:

[u37]

Проверить то легко. Достаточно включить PLL, поделить до тех-же 32М и посмотреть на результат.

[Andrey_B]

u37, в FC-71 в режиме генератора специально делал два варианта выхода 10МГц, через PLL и без. Какой-либо разницы тогда обнаружить между этими вариантами не удалось, хотя теоретически она быть должна.

ЗЫ: забыл добавить, в процессе поиска источника пилы покрутил встроенную в ADC1263 опору. Не удивительно, что её частенько не используют, размах шума измерений в 2-2.5 раза больше, в сравнении с внешней MAX6341. При том, что у последней напряжение 4.1В, против 2.5В у встроенной.

[u37]

Для PLL важны не кратные 2 делители, как делении, так и в умножении. Если делить на 2^n джиттер только от устойчивости генератора, а иначе - 'та самая пила и получится' (условно). Делить на 8 или 7; или еще веселее (на F4) на 256 или 255.
Вторым источником может быть свойство самосинхронизации любого 'осциллятора' - при близких частотах/уровнях происходит синхронизация перехода через 0. Если используется дискретный генератор с входом через Х2, то дефекта синхронизации быть не может. А иначе - собственный генератор в stm32 вещь весьма сама-в-себе и где-то может подгаживать (предположение).

Если говорить о "практической" шумности, то отключение PLL и переход на HSE видно даже по осциллографу и шумности АЦП.
/IMHO

[Andrey_B]

Очередные приключения. Нагреватель, 4 истоковых повторителя на полевиках, управляемые от ОУ. Хорошее такое возбуждение при некоторых уровнях напряжения. Проявляется именно при параллельном включении нескольких повторителей. Победил последовательным резистором в затвор каждого полевика.

Аналоговая часть платы теплоизолирована, ЦАП 16-битный ШИМ, PI-регулятор с экспоненциальным скользящим средним на входе, одна клетка по горизонтали - 12 сек, по вертикали градусы:

[Andrey_B]

Пришло в голову, как можно удешевить и сделать доступной для повторения часть источника опорного напряжения. Применить последовательно включенные 5 штук (одна над другой) TPR5025-SO1R (по 92 рубля в Чип-Дипе). 4 верхних запитать от гальванически развязанных DC-DC B0505XT-1WR3 (по 96 рублей).

По идее при суммировании независимых источников полезный сигнал растет линейно, а случайный шум - как корень из количества источников. И чем больше элементов, тем лучше усреднение общего шума относительно выходного напряжения. Можно допустить, что статистическая вероятность долговременного дрейфа всех чипов в одну сторону ниже, чем вразнобой. Значит суммарная стабильность должна возрасти. Особенно, если чипы попадутся из разных партий. Размах шума для одного чипа 3мкВ/В, суммарный шум 7.5*sqrt(5)=17мкВ, что для 12.5В менее 1.4 ppm.

Далее на DG419 (по 310 рублей, может есть альтернативы дешевле?) ШИМ-делитель (однофазный, многофазный, синхронный фильтр). На выходе повторитель-фильтр TP27-SR (12 рублей). Из пассивки конденсаторы C0G/PP и ни одного прецизионного резистора. Управляющий МК с дисплеем и сервис по регулировке выхода - по своему вкусу.

Это соизмеримо с китайской лотереей БУшных AD584/LM399, в которую не достаточно выиграть, нужно ещё сам приз правильно "обвесить".

[Andrey_B]

Попробовал прикинуть теоретическую погрешность (по вертикали %) измерения сопротивления (по горизонтали Rx). Допущение, что напряжение на измерительной цепи (100мВ) измеряется с погрешностью 0.1мкВ. Погрешность шунтов Rs - 0.01% (горизонтальный пунктир). Не учитывался входной ток буферов АЦП.

Фиолетовый график для условия, когда электрод +I подключен к +RefOut, на котором выставлено +4В, и соответственно падение на Rx измеряется с погрешностью 10мкВ. Начинается с 390кОм, когда напряжение на шунте 100мВ и менее.

[pin1000]

Andrey_B,
Терпеливо ждем бюджетный вариант, доступный для повторения.Наработок уже много.

[ass20]

Andrey_B,
По поводу DC/DC как они в плане пульсаций и излучения ЭМП ?
На DC/DC от Hi-link не смотрели ? они широко представлены на али, единственное они идут в dip корпусах
вот https://www.ozon.ru/product/dc-dc-izoli ... 2980895535
638Р за 10шт

DG419 у китайцев похоже нету...
может поставить 2 jFET J111-J113 (MMBFJ112), J175-J177 (MMBFJ177) MMBF4393 .. MMBFJ270 MMBF4117 ?