Jump to content

    
Sign in to follow this  
Student148

Термостабилизация измерительного прибора

Recommended Posts

У меня ads1262 с 27 эффективными битами и диапазоном +- 2.5 В. У 3458А гибридная ИС, 28 эффективных бит при 10 В диапазона.

Вот только автор почему-то умолчал , что главная характеристика - интегральная нелинейность, у первого в 240 раз хуже оной 3458А.

Так что будь там хоть 40 битов, толку от них никакого, так как это погода на марсе. :).

Share this post


Link to post
Share on other sites
Полностью сдирать и не нужно. В первую очередь следует уточнить детали, о которых обычно умалчивают в патентах и публикациях: длительности циклов, задержки и т.п. А уж перенести логику АЦП на FPGA - дело техники.

...

Загружая в Cyclone IV разные конфигурации, получают АЦП, эквивалентные таковым из мультиметров HP разных поколений, в том числе и 3458A.

Вот не соглашусь.

Микруха специализированная она же не цифровая. И не в цифре вся хитрость этих мультиметров.

В микрухе во первых точные резисторы с хитрыми ключами

 

Вот что они пишут:

 

Because the switches are in series with the resistors, they can add to the temperature coefficient of the ADC. A custom chip design was chosen so that each switch could be scaled to the size of the resistor to which it is connected. This allows the ADC to be sensitive to the ratio-tracking temperature coefficient of the switches and not to the absolute temper ature coefficient. Another advantage of the custom design is that it allows the control signals to be latched just before the drives to the switches. This resynchronizes the signal with the clock and reduces the timing jitter in the switch transitions. The result is a reduction in the noise of the ADC.

 

Т.е. ключи масштабируются по размеру для того чтобы в сумме с резисторами они давали одинаковый ТКС.

 

И это никаким FPGA не компенсировать.

 

Я конечно могу предположить что сейчас ключи стали настолько круты что не требуют подобных ухищерений но что-то мне в это слабо вериться.

 

Так же как и в то что данный мультиметр можно сделать на коленке с аналогичными параметрами во всём температурном и временном диапазоне. Но ссылки пойду изучать :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вот только автор почему-то умолчал , что главная характеристика - интегральная нелинейность, у первого в 240 раз хуже оной 3458А.

Так что будь там хоть 40 битов, толку от них никакого, так как это погода на марсе. :).

Ну это в худшем случае 12 ppm, там в среднем 3 ppm нелинейность против 0.1 ppm у 3458А. Но выбора то нет особо, делать АЦП самому не вариант. На самом деле я упустил этот момент, думаю надо будет решать эту проблему путем введения корректирущей функции. Т.е. программно компенсировать нелинейность. Очень надеюсь что передаточная функция не сильно будет изменяться со временем, т.е. что не "болтается" в пределах 3 (12) ppm, а просто имеет отклонение в пределах 3 (12) ppm и постоянна.

Share this post


Link to post
Share on other sites

3458A конечно недостижим, но ADCMT 6581 и 7480T вполне обходятся без аналоговых ASIC.

 

...думаю надо будет решать эту проблему путем введения корректирущей функции. Т.е. программно компенсировать нелинейность. Очень надеюсь что передаточная функция не сильно будет изменяться со временем, т.е. что не "болтается" в пределах 3 (12) ppm, а просто имеет отклонение в пределах 3 (12) ppm и постоянна.
Я именно так и делал в 7,5-разрядных DVM на базе ADS1282 и ADS1256 - вводил аддитивную поправку, рассчитываемую по кубическому сплайну. Но вот то, что она не будет меняться со временем - это ещё доказать нужно.

 

Edited by iddqd2001

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вот только автор почему-то умолчал , что главная характеристика - интегральная нелинейность, у первого в 240 раз хуже оной 3458А.

Так что будь там хоть 40 битов, толку от них никакого, так как это погода на марсе. :).

 

Хм... А как из неё выжать 1 ppm?

 

У неё INL 12 ppm по паспорту от рождения. Т.е. более чем на порядок хуже. Это если всякие смещения и прочие радости откалибровать.

 

Это максимум 7 1/2

 

Далее: опору я так понимаю внутреннюю будете использовать? Это тоже 6 ppm/С что на диапазоне от 15 до 40 С даёт 6*25=150ppm

 

150ppm = 0,015%

 

Это даже не 6 разрядный мультиметр. Это точность хорошего 4 1/2 разрядного ручного мультиметра Keysight U1252B максимум 5 1/2

 

Соответственно если ставить внешний источник опорного напряжения то можно подойти в район 6-7 значного. Но не более :(

 

3458A конечно недостижим, но ADCMT 6581 и 7480T вполне обходятся без аналоговых ASIC.

Да. Думаю параметры у них похуже. Но для дома и сделанное самостоятельно по моему отличный вариант :)

 

Я именно так и делал в 7,5-разрядных DVM на базе ADS1282 и ADS1256 - вводил аддитивную поправку, рассчитываемую по кубическому сплайну. Но вот то, что она не будет меняться со временем - это ещё доказать нужно.
А где можно почитать про эти опыты?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Хм... А как из неё выжать 1 ppm?

 

У неё INL 12 ppm по паспорту от рождения. Т.е. более чем на порядок хуже. Это если всякие смещения и прочие радости откалибровать.

 

Это максимум 7 1/2

 

Далее: опору я так понимаю внутреннюю будете использовать? Это тоже 6 ppm/С что на диапазоне от 15 до 40 С даёт 6*25=150ppm

 

150ppm = 0,015%

 

Это даже не 6 разрядный мультиметр. Это точность хорошего 4 1/2 разрядного ручного мультиметра Keysight U1252B максимум 5 1/2

 

Соответственно если ставить внешний источник опорного напряжения то можно подойти в район 6-7 значного. Но не более :(

 

У АЦП использую внутренний ИОН, но калиброваться она каждый раз при включении будет по встроенному в мультиметр ИОН на LTZ1000. Просто внешние ИОН на 2.5 вольта в лучшем случае имеют 2 ppm. 2 или 6 не очень принципиально, особенно если учесть что тянуть напряжение придется через буферы + термоЭДС контактов, еще какие-нибудь явления, и в итоге не известно что хуже будет. Так что выбирая между 6 ppm внутри кристалла и 2 ppm внешними, я выбираю внутренний. Тем более это худший результат, можно проводить отбраковку, типично там 2 ppm. Если использовать высокостабильные опорные на 7 вольт например, и накрутить делителей и буферов до 2.5, то в итоге будет хуже из-за преобразований. Так что встроенный высокостабильный ИОН для автокалибровки решит эту проблему.

"Хм... А как из неё выжать 1 ppm?" - постараюсь методом программной коррекции передаточной функции. Все равно все такие приборы индивидульно калибруются.

И да, у всех этих приборов точность порядка 1 ppm за сутки заявлена при условии работы около температуры калибровки, иначе все хуже. Так что не надо делать 40 минус 15 и умножать :)

Share this post


Link to post
Share on other sites
У АЦП использую внутренний ИОН, но калиброваться она каждый раз при включении будет по встроенному в мультиметр ИОН на LTZ1000. Просто внешние ИОН на 2.5 вольта в лучшем случае имеют 2 ppm. 2 или 6 не очень принципиально, особенно если учесть что тянуть напряжение придется через буферы + термоЭДС контактов, еще какие-нибудь явления, и в итоге не известно что хуже будет.
Я думаю речь идёт про разные ppm. LTZ в идеале может давать 2ppm в год. А температурный коэффициент 0,1ppm/C

А внутренний даёт 12 ppm + 50 ppm за 1000 часов + 6 ppm на каждый градус.

 

Т.е. разница в опорниках на 2 порядка где то.

 

И если вы в состоянии их сравнивать с нужно точностью то думаю и запитать АЦП от внешнего сможете.

 

Если использовать высокостабильные опорные на 7 вольт например, и накрутить делителей и буферов до 2.5, то в итоге будет хуже из-за преобразований. Так что встроенный высокостабильный ИОН для автокалибровки решит эту проблему.
Не очень понимаю как это решит проблему? Чтобы произвести автокалибровку внешнюю опору всё равно нужно будет поделить до диапазона 2,5 В т.е. опять же делители.

 

Плюс деление на 2 и на 3 можно делать на переключаемых конденсаторах и специальных микрушках с приемлемой погрешностью.

 

"Хм... А как из неё выжать 1 ppm?" - постараюсь методом программной коррекции передаточной функции. Все равно все такие приборы индивидульно калибруются.

И да, у всех этих приборов точность порядка 1 ppm за сутки заявлена при условии работы около температуры калибровки, иначе все хуже. Так что не надо делать 40 минус 15 и умножать :)

Температуру мы можем игнорировать только если термостатируем прибор. Иначе температура сказывается и не важно сутки у нас или годы.

 

На счёт калибровки в верху верно заметили кто докажет что калибровка будет верна хотя бы год? Это исследование нужно проводить самостоятельно ибо даташит такого не гарантирует.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Так что встроенный высокостабильный ИОН для автокалибровки решит эту проблему.

Не решит, а поменяет на проблему стабильности используемого делителя, или чем вы там маштабировать 7В от LTZ будете до желаемых 2.5В. Вопрос еще, что хуже.

 

И да, у всех этих приборов точность порядка 1 ppm за сутки заявлена при условии работы около температуры калибровки, иначе все хуже. Так что не надо делать 40 минус 15 и умножать

Ну отчего-же сразу хуже? У меня 0.2 ppm за 8 суток получалось без особых усилий с точки зрения поддержания условий. Правда справедливости ради, это на отобранном приборе, не нужно ожидать этого от любого ржавого 3458 с ибея :)

Вот выборка из пяти различных АЦП (в 4 приборах) чтобы не толочь теорию в ступе.

Meter 04188 have drift +0.07ppm/day and tempco +0.07ppm/K. Drifted about +1.3 ppm during 13 days.

Meter 08451 (with real 002 option) have drift +0.15ppm/day and tempco -0.27ppm/K. Drifted ~*+4.1ppm* during 13 days

Meter 01527 have drift >2ppm/day. Drifted over +20ppm in 10 days (!) - ай-ай-ай

Meter 02157 with repaired A3 ADC have drift -0.05ppm/day and tempco -0.27ppm/K

Meter 02157 with good A3 ADC have very low drift.

 

Плюс деление на 2 и на 3 можно делать на переключаемых конденсаторах и специальных микрушках с приемлемой погрешностью.

Вход АЦП тоже нужно аккуратно развязывать от такого генератора, а то можно наловить артефактов.

 

Мне другое интересно. Зачем вообще все это затеяно, ведь автору уже должно быть очевидно что человеко-часовой и финансовый бюджет одной только калибровки подобного "проекта" явно превышает стоимость готового прибора, даже новенького прямиком от Keysight.

Тут как раз калибратор собираю из _готовых_ модулей который может калибровать 3458А, и то много интересных граблей выходит, и затратам не видно края.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Вот выборка из пяти различных АЦП (в 4 приборах) чтобы не толочь теорию в ступе.
Круто!!! Аж 5 приборов в доступе. Отвернулся от экрана чтобы не захлебнуться :)

 

Вход АЦП тоже нужно аккуратно развязывать от такого генератора, а то можно наловить артефактов.
Если не секрет каких? По идее фильтр+буфер должен спасать от всех нюансов.

 

Мне другое интересно. Зачем вообще все это затеяно, ведь автору уже должно быть очевидно что человеко-часовой и финансовый бюджет одной только калибровки подобного "проекта" явно превышает стоимость готового прибора, даже новенького прямиком от Keysight.
Похоже есть указ сверху. А начальство убедить часто ой как не просто :(
Тут как раз калибратор собираю из _готовых_ модулей который может калибровать 3458А, и то много интересных граблей выходит, и затратам не видно края.
Есть ссылочка на почитать?

Share this post


Link to post
Share on other sites

А имеет ли смысл в самодельном multislope ADC использовать регулируемые генераторы тока заряда- разряда и подстаривая токи отказаться от набора резисторов с лазерной подстройкой? Т.е берем любые стабильны резисторы с номиналом +- пару процентов и из них собираем делитель, а потом в процессе самокалибровки подбираем токи в цепях заряда-разряда?

Конечно можно нахватать лишней нестабильности в цепях подстройки тока. Но зато конструкция сильно удешевляется.

Share this post


Link to post
Share on other sites
А имеет ли смысл в самодельном multislope ADC использовать регулируемые генераторы тока заряда- разряда и подстаривая токи отказаться от набора резисторов с лазерной подстройкой? Т.е берем любые стабильны резисторы с номиналом +- пару процентов и из них собираем делитель, а потом в процессе самокалибровки подбираем токи в цепях заряда-разряда?

Конечно можно нахватать лишней нестабильности в цепях подстройки тока. Но зато конструкция сильно удешевляется.

А что менять будем для того чтобы подобрать токи? Некий цифровой резистор?

 

Плюс для того чтобы толком откалиброваться понадобиться хотя бы пару тройку промежуточных опорных точек. А их опять же придётся делать на точных делителях.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Если на борту есть LTZ, нет никакого смысла использовать внутренний ИОН чипа АЦП. И не стоит бояться резистивного делителя для ИОН. При внутренней сквозной калибровке измерительного тракта требования к долговременной стабильности Кд не велики. Фольговые резисторы, в отличие от микропроволочных, имеют очень малый коэффициент при квадратичном члене в уравнении температурной зависимости сопротивления. Поэтому делитель ИОН можно составлять из более дешёвых и доступных дискретных резисторов, технологически обеспечив им выравнивание температуры. Остаточный ТКД в таком случае компенсируется введением в одно из плеч делителя заранее рассчитанного медного добавочного резистора. У меня как раз такой случай был в портативном 7.5-разрядном вольтметре на ADS1282. Фольговый делитель, только с активной термокомпенсацией, я закладывал и в проект меры напряжения, по которой можно калибровать калибратор, который может калибровать 3458А.

post-6726-1531386802_thumb.png

post-6726-1531386818_thumb.png

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вы меня убедили, в любом случае если что переключиться на внутренний ИОН всегда можно. И есть у меня еще один вопрос: схема автовыбора диапазона. Пусть измерение начинается с максимального диапазона, и снижение диапазона осуществляется по данным с АЦП. Переключение диапазона вверх пусть осуществляется на основе быстродействующего компаратора. Но, предположим такую ситуацию - человек измеряет сигнал около 1 В, а потом берет и бац, резко захотел померить 1 киловольт и перетыкает щупы в 1 кВ. Даже в предположении, что компаратор и логика сработаю мгновенно, реле отрубит низковольтный диапазон от линии только через несколько миллисекунд в лучшем случае. Как быть? есть всякие схемы защиты итп, но там например есть такая проблема - берешь диоды с малой утечкой, они слабые, справятся ли они с киловольтом в течении миллисекунд? Мощные диоды обладают большими токами утечки... Интересно, как тут быть

Share this post


Link to post
Share on other sites
А что менять будем для того чтобы подобрать токи? Некий цифровой резистор?

Цифровой резистор слишком грубо, планируютсч ЦАПы 16 битные, сидящие на общем Vref.

С тут вообше над слегка сумасшедшей архитектурой АЦП размышляю. На базе HRTIM STM32f334. У HRTIM таймера разрешение сотни пикосекунд, к сожалению только на выход, на вход ( capture) у него обычное разрешение. Вот думаю как бы это использовать в высокоточном АЦП. Т.е зазватить момент срабатывания компаратора с высокой точностью не получится, но перезаряжать интегратор с очень точными временными воротами- уже да.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
...например есть такая проблема - берешь диоды с малой утечкой, они слабые, справятся ли они с киловольтом в течении миллисекунд? Мощные диоды обладают большими токами утечки... Интересно, как тут быть
Для этого защитные токоограничительные резисторы рассчитывают так, чтобы с одной стороны не превысить Absolute Maximum Rating диодов/FET по прямому току, а с другой, чтобы перегрузка по мощности самих резисторов в течении требуемого времени не приводила к необратимым последствиям. При выборе номинала конечно стоит принимать во внимание, и то, что на этих резисторах при нормальной работе прибора возникнет разность потенциалов из-за ненулевого тока смещения входного масштабного усилителя и утечек по входу.

Как альтернативу, посмотрите схему DCV входа Datron 1271. Защитные резисторы R206-208 маломощные фольговые, суммарным номиналом всего 15 кОм. Зато им в помощь узел защиты от импульсного перенапряжения (начиная C201 и далее). При подаче "киловольта" на низковольтных пределах мультиметр сразу переключает вход на делитель напряжения 1:100 не дожидаясь команды от цифровой части.

post-6726-1531391227_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this