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楼主: lysoft
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[DIY] LTZ1000ACH 10V基准源

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 楼主| 发表于 2009-11-29 10:53:02 | 只看该作者
估计楼上写错了~是LT2410,不是2140,呵呵
LT2410不会差了,足够做6位半的

而我目前评估的是1282,其驱动也比较复杂,手册上有些问题描述的不够清晰,花了2天功夫才调通了
1282的指标已经超逾目前6位半的DVM
102
发表于 2009-11-29 14:55:46 | 只看该作者
手误,手误嘛。现在看来我顺便申请的 MAX11040 没啥意思了,不搞它了吧。1282?LTC 1282?
103
 楼主| 发表于 2009-11-29 19:13:37 | 只看该作者
Ti的31位ADC ADS1282,Ti的网上报价$40USD的
不过LT2410的性价比是好不少的,做一般的精密测量,如称重应变桥此类是足够的
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 楼主| 发表于 2009-12-1 22:52:53 | 只看该作者
今天焊接完成了1/2,ADC部分可以工作了,粗略测试了一下INL,与8846A对比没明显差别
待彻底完工再进行更全面的测试吧

PS,弄了1个样板:小JAP做的VFD,显示效果不错,但VFD的价格要近700大元,实在是奢侈,会改用国产的,能省很多的,呵呵

设计还有缺陷,不够完善,待此版评估过后再行改版优化
105
 楼主| 发表于 2009-12-7 21:00:08 | 只看该作者
PWM-DAC部分已经OK,噪声稍微有点大,因为用了较长的线路
但效果没问题,6位半测量可以稳定在最后一位(+-1)

DAC电压输出部分同样正常,6位半测量也可以稳定在最后一位(+-1)

ADC部分因为设计问题,误差很大,达到1%,这连16位ADC还不如,还需处理,第一次用这类特殊ADC,不管是0还是满量程,都要外部校准的,确实比较麻烦

基本就如此了,Over~
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 楼主| 发表于 2009-12-10 17:33:56 | 只看该作者

7->10V (8846A) (原文件名:未命名.jpg)

PWM技术的10V基准,8846A测试下的情况
107
发表于 2009-12-10 17:43:03 | 只看该作者
上图,电路图,实物图!

PWM部分看似有10微伏的噪音。
108
 楼主| 发表于 2009-12-10 20:18:43 | 只看该作者
手头上的8846A即使直接测试7.1V的LTZ1000ACH仍旧是+-1个字的飘动,没办法彻底稳定,NPL速率是2
上图为360个采样点的,跨时6H的情况

手上没DC,迟点一定上PP的
另在联系8.5的DVM中,因为这个基准已经超过了8846A的测量范围了,现在估计是8846A自己的漂移比基准的要大

PWM-DAC的基本参数是32位分辨率,先通过7阶D等效噪声滤波器,再通过差分积分器减少噪声,最后经过误差比较器产生10V
因为通过误差比较器,它使得32bit的PWM的可调范围为1V,即9.4V到10.4V,所以理论上调节步长为pV级别,当然因为噪声,所以调节步长大约在1uV左右,另外使用TCXO温度补偿晶振经过PLL倍频获得高频,使得PWM的工作频率为1098Hz左右
109
发表于 2009-12-11 12:03:31 | 只看该作者
很不错,上图
110
发表于 2009-12-11 12:33:44 | 只看该作者
好像 LTZ 本身的齐纳噪声都很大,有 1.5uV,设置了较小的 NPLC 时速表的速度高,本底噪声也比较大,噪声叠加上去就容易看到有末位有一两个数字的跳动吧,不过 8846A 肯定是不能对付 LTZ 的,lymex 说 8.5 位 DMM 也不过是用 LTZ 的基准,所以用来测 LTZ 那也还是一回事 :D 据说最末一位还是会有几个字的漂动,言下之意设置为 7.5 位应该就不动啦?

另,我想用两颗 16bit DAC 和运放叠加获得步进 1uV 的调节,不知道靠不靠谱...不过要测量 10V Range 下 1uV 步进好像也要 8.5 位 DVM 阿,...


+++++++++++++

好像 lymex 说如果用 8.5 DMM 测标准电池似乎就没有什么噪声,而即使是商品 10V 基准比如 Fluke 732A 之类还是有噪声的,楼主不如搞个标准电池对比看看 :D 我的 3457A 测标准电池,NPLC = 1 都很稳,相当于测固态基准使用 NPLC=10 的程度,或者测 LTZ 使用 NPLC=100 的程度。
111
 楼主| 发表于 2009-12-11 13:09:42 | 只看该作者
2 LS:
偶没标准电池啊~哪里能搞到这个?

2个16bit DAC可以实现精密调节,但最好不要用Delta-Sigma的,用基于R2R电阻网络的,稳定性要更好一点

8846A用NLPC=100也会稍微有点偏移,只不过是有所改善
112
发表于 2009-12-11 13:23:06 | 只看该作者
我看了一下 MAX541 Datasheet,里面写它是基于 R-2R 的 DAC,实际测试,用 MAX6325 作为基准,输出电压在 3457A 上,NPLC=10 也只是偶有 1 个字跳动,看来还是不错的。

标准电池应该有卖的吧,我是收人家旧的,77 年的,性能可能不太行了,受温度影响很大,没有恒温槽似乎没法用了。感觉这东西起码要一个温度稳定 0.01 度的环境才好用阿...说起来我的 6001 温度分辨率正好达到 0.01 度,就是找不到好的 PT100 电阻来测温。


(原文件名:PICT1917.jpg)
113
 楼主| 发表于 2009-12-11 15:07:22 | 只看该作者
其实能稳定到0.1度都很不容易了~0.01度的恒温,对于机箱这么大容量的地方来说,不靠谱啊
114
发表于 2009-12-11 15:10:05 | 只看该作者
我正在做饱和电池呢,玻璃吹好了,镉和水银也买来了,硫酸镉也有了.就等做电池专用硫酸亚汞了
115
 楼主| 发表于 2009-12-11 15:25:47 | 只看该作者
JJ还自己搞饱和电池,牛啊~都是用毒物
116
发表于 2009-12-11 16:02:08 | 只看该作者
难怪看到 jj 在掏包上买硫酸镉,我还说买那东西干吗呢,就算做低热焊锡也不用它的硫酸盐阿。我曾经想过用硫酸亚汞参比电极,不过发现电极不便宜,后来找到了标准电池就没再想自己做了 :D
117
发表于 2009-12-11 17:35:42 | 只看该作者
lilith

饱和电池用的硫酸亚汞要自己做的,晶体的大小都直接影响电池的性能,目前我的镉和汞纯度不高,估计做出来的东西好不到哪里去。纯粹玩玩。为了做这个电池,把实验室唯一的3根白金丝拿来私用了,哈哈。


看你的设备,你也用上特氟龙线了嘛?用这种屏蔽线噪音有没有小掉啊,我现在是用双屏蔽的特氟龙线,外界的干扰进来小多了。
118
发表于 2009-12-11 22:15:55 | 只看该作者
要多高纯度阿...

你一定没注意,我早就和你说过,你借给我那个 lymex 标定的 LTZ,我就是用了那跟特氟龙屏蔽线,结果和用普通表笔都没差别。这里有一个问题,就是 3457A 的基本直流 Range 是 3V 而不是 10V,所以测 LTZ 需要用 30V Range,性能受到很大影响。

我曾经试过用塑料块对 LTZ 分压到 1V 多,用 3V Range,只跳一个字,当时用的也是普通表笔线了,因为分压器是做在塑料盒里面的,未屏蔽,不清楚完全屏蔽再用那跟特氟龙屏蔽线能否连这一个字都不跳?我估计不太可能,因为短路 HI、LO 末位也会跳一个字。



(原文件名:3457A_HAM_Test.png)
119
 楼主| 发表于 2009-12-14 12:24:00 | 只看该作者
发布第一个Alpha版~
目前还在调试中,ADC部分不可用,而且板子有硬件Bug,有飞线


(原文件名:IMG_0506.JPG)


(原文件名:IMG_0507.JPG)


(原文件名:IMG_0516.JPG)


(原文件名:IMG_0519.JPG)
120
 楼主| 发表于 2009-12-14 14:41:08 | 只看该作者

模块结构 (原文件名:10V.JPG)
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发表于 2009-12-14 18:01:49 | 只看该作者
恭喜啊,第一个版本总算出来了,对它的噪音和长期稳定性比较关注,有点建议:

1、利用高灵敏度示波器或者加外置放大器的示波器观察输出波形,因为有些频率高的噪音电压表是反应不出来的。
2、放入温度小于零下20度的冰箱,冷冻24小时,然后再恢复到室温测量,观察电压是否变化。
122
发表于 2009-12-14 18:14:43 | 只看该作者
LZ这设计是整版恒温的,放冰箱意义不大吧?放烤箱测下老化不更实际?
123
发表于 2009-12-14 19:50:18 | 只看该作者
冷冻在复原(高低温循环)可以加速老化,暴露器件长期稳定性缺陷,不是低温工作的问题,
124
 楼主| 发表于 2009-12-14 20:29:17 | 只看该作者
JJ的意见的不错,有空搞搞高低温测试,看看情况如何

噪声问题已经定位,就是PWM开关导致输出端产生1uS宽的电源脉动,并联大电容(2200u)能消除,但会引入不稳定因素,小电容(1u)的效果又不太理想,还没想到好办法

而PWM-DAC的滤波输出效果还是不错的
125
 楼主| 发表于 2009-12-15 08:50:11 | 只看该作者
热风枪加热到80多度,待冷却后,可恢复正常
加热后,运放产生热漂移,导致输出偏差较大
126
发表于 2009-12-15 09:15:35 | 只看该作者
冷冻的影响往往比加热明显,你可以找个冰箱,一般的家用冰箱,速冻室温度可以设置到零下20度左右
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发表于 2009-12-15 09:16:43 | 只看该作者
冷冻的时候给板子加塑料盒或者塑料膜密封,免得解冻时电路板表面凝露,冷冻的时间最好长一点,24小时。


楼主的PWM部分能不能独立出来,作为套件出售,因为你的整板太贵了 ,而且很多功能对我们都是多余的。
128
 楼主| 发表于 2009-12-15 10:26:36 | 只看该作者
分离功能?待整个东东弄好了才好处理

因为目前PWM部分也是有Bug的
还有PWM的干扰问题需要优化

只是PWM部分也不会很便宜,毕竟是4层板,做板一次就要1000多了,除非数量多吧

PS,只使用PWM也浪费了STM32了,呵呵
整板的功能就是"电压校准仪",目标是带6.5DVM的,要是能更理想就10V标定8.5DVM
这比单一的10V更有价值^_^
129
发表于 2009-12-16 10:18:07 | 只看该作者
加上 0-10mA 电流输出,就是过程校验仪了 :)

不过我不清楚那些过程校验仪的电阻是怎么做的,那么小不可能真的用一大堆标准电阻吧,可是数字电位器好想 Setp 不怎么多,稳定性也不怎么样,似乎也是不合适。
130
发表于 2009-12-16 12:35:15 | 只看该作者
过程校验仪的电阻也是DA做的,电流做DA的基准
131
 楼主| 发表于 2009-12-16 20:30:43 | 只看该作者
ADC部分准备换LT的继续评估

经过研究,ADS1282是适合地震仪检测用,ENOB=21,故会更改方案,选取ENOB>24的
在4kSPS时候,21的ENOB是普通ADC无法达到的,这是它的亮点,不过低采样下就不怎么适合它了

电流输出待电压部分做好了再考虑吧~目前还有不少问题未能很好的解决呢
132
 楼主| 发表于 2009-12-27 19:47:17 | 只看该作者
LT2400系列ADC评估效果尚不够理想
另购ADC评估板到手,今年还剩下几天了,明天弄上去看看效果吧

也弄了多种运放测试,更换运放后,PWM部分的噪声大幅减少,示波器上已无法观察到PWM引起的纹波,而且FFT下可见中频噪声大有改善(开启带宽限制下观察)

PS,效果最差是OPA227(差的厉害,当然不排除和应用电路有关),而OP07,OP97和LT1012都还可以,但PWM噪声仍旧可见
最近广州温度变化较大,8~10度,8846A预热1小时后测试仍旧能稳定在10V+-1个字,大半个月下来,6位半下稳定性让人满意
于是寻觅8.5DVM ^_^
133
 楼主| 发表于 2009-12-28 19:17:51 | 只看该作者
测试完成,7位ADC没有问题,测量一个LTZ1000ACH的输出,只有第七位(最末尾)有+-2个字的变化,大部分时间是1个字,偶然会2个字,应该是干扰来的,因为目前是搭棚的,所以布板的效果会更好的

7位输出就是24位Delta-Sigma ADC最优的性能了,到顶了
非线性测试,存在较大的误差,约5~10PPM,但重复性没问题,可以重现数据,使用软件多点SVR算法(具体理论比较复杂,这里不讨论,只是说这个算法比分段线性补偿要好)校准可以克服

剩下就是再次综合设计和做板,预计年后可完成
134
发表于 2009-12-31 17:14:32 | 只看该作者
期待你的作品,分享你的喜悦
135
发表于 2010-3-5 11:24:44 | 只看该作者
mark!
136
 楼主| 发表于 2010-3-7 10:04:02 | 只看该作者
3月了~最近忙于其它的事情,待搞完了,会继续推进这个事情的

目前的情况是:
1)噪声用6位半看不出来,只有用示波器可发现中高频段噪声不理想,更换运放有明星效果,已经测试了多种运放,还得继续多测试
2)ADC精度确实不理想,已经评估过Ti的多款ADC,而且也已经做了LT的ADC评估板,目前还没空焊接测试
有可能LT的ADC会更好?因为未测试完,所以还不能选定方案
3)PCB上有多处bug,肯定要修改,但需要(1)和(2)的问题处理完,才有修改的价值
4)用户界面(显示部分)参考了几种方式,预计可能会采用触摸屏的方式
5)虽然经过4个月的测试,10V部分的稳定性尚无法完全确定,因为目前只有一个样板,由6位半测试,绝对数值有几个PPM的飘移,可能是表自己的问题?在没更可靠的源之前,无法下定论
6)Ti的31位ADC,噪声大是肯定的,但是后面10位的噪声是可以作为数学模型分析的,此芯片的用法,似乎并不是想象的那么简单,后期软件处理或许会比较复杂,目前偶还没找到门

另外:
这个东东不是以商业价值为主导的,而是研究性质的
目前没大资金支持是实情,又缺乏高精度仪器,但是此项目的推进肯定是必然的事情,数W的投入,由我们准备的,而我希望的是获大资金的支持,呵呵

即将要进行的事情是继续ADC方面的改进,会采用类似NI板卡的技术,实现7位半的目标

此项目预计还需花费1~2年时间,呵呵,稳定性是用时间来测试的
137
发表于 2010-3-7 10:16:47 | 只看该作者
又有新消息了,继续期待
138
 楼主| 发表于 2010-3-24 21:11:08 | 只看该作者
今天对其进行了一个简单的测试,情况如下:

20V档自己表笔短路噪声在10个字跳到,通常稳定在3个字的变化,但突然会变大,范围目测就10个字的幅度
就目前测试情况,表短接10个字左右变化,7V LTZ1000ACH基准,变化为12个字幅度,10V PWM变化为30个字的幅度
20V档位时,8位半分辨到100nV,LTZ1000的噪声为1.2uV,12个字好像也符合情况?

[同一个地点测量,仪器和被测物,没移动过,短路位置也在被测物旁边,测量时间相距十来分钟]
上述所说变化幅度为最大值,以分钟时间看,变化会相对集中在一个区间,自身短路在3个字的区间,7V的在4个字的区间,10V则在20个字不到的范围
7V基准的情况比较好,而10V PWM部分就还需要努力改进了

ps:
实验板仍旧是3个月前的板卡,未曾改动过,仍旧有多条跳线(设计有bug嘛)
这台8508A是比较新的,校准日期在09年12月,其采样速度确实够慢的...


准备测量中的10V PWM基准 (原文件名:0.png)


10V输出的某时刻1 (原文件名:1.png)


10V输出的某时刻2 (原文件名:2.png)


7V输出的某时刻 (原文件名:3.png)


表笔短路时 (原文件名:4.png)
139
发表于 2010-3-25 08:16:09 | 只看该作者
靠,哪里弄来的FLUKE 8508?
140
发表于 2015-9-14 23:58:17 | 只看该作者
你好,我看了你发的基于LTZ1000ACH的高精度基准的研制介绍帖。我也想做一个这样的基准,希望可以获得你的相关技术和产品,不知可否转让?希望与你细谈。我的QQ:112030212,手机:13641382909.谢谢~
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发表于 2015-9-14 23:58:55 | 只看该作者
你好,我看了你发的基于LTZ1000ACH的高精度基准的研制介绍帖。我也想做一个这样的基准,希望可以获得你的相关技术和产品,不知可否转让?希望与你细谈。我的QQ:112030212,手机:13641382909.谢谢~
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发表于 2019-6-23 16:41:38 | 只看该作者
看看,好做一个玩玩
143
发表于 2019-6-24 17:05:12 来自手机 | 只看该作者
期待三位大师再出精品。
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