|
|
|
|
|
Я только подключился к теме, так что,возможно, еще задам много глупых вопросов. Или выскажу глупые мысли. Главное отличие вашей архитектуры по сравнению с традиционной - преобразование частоты. Старая школа преобразовывала в постоянный ток с использованием аналогового интегратора. Стандартный синхронный детектор. Аналогия - приемник прямого преобразования.
Новая школа предполагает наличие быстрого ADC и процессора, так что сначала оцифровываем, а дальше все подсчитаем.
Аналогия - SDR.
Ваш комбинированный подход снижает требования к усилителям и ADC за счет преобразования. Вопрос: а не внесет ли это преобразование дополнительной неточности? Для измерения на 1 МГц возьмем 1010 Кгц опорную частоту и все просто фильтровать. Все гармоники очень далеко. А для 100 Гц на входе смешивать с 10010 Гц? На первый взгляд сильно увеличится неточность по фазе. А смысл этой операции? Может должен быть отдельный канал с преобразованием частоты для 1 МГц, а все что меньше (до 50-100 Кгц) отцифровывать напрямую? Или я чего-то не понимаю? Я посмотрел несколько аналогичных разработок. В частности год назад в Elektor. Заявлено 0.05% 10 Ом до 1 МОм,
0.1% от 0.1 Ом до 10 МОм и 0.3% за этими пределами. Более чем достаточно для любительскох целей IMHO. Интересно что частота всего до 10 КГц. Аналоговая часть не слишком экзотическая. Синус делается из меандра, что не есть здорово. Уж в таких то пределах DAC из STM32 вполне справляется. Т.е. кое что можно упростить и удешевить. И тут опять приходим к вопросу что за прибор хочется сделать. "Достаточно хороший" для любительских целей и доступный по цене комплектующих или "точный как только возможно"? Во втором случае проблемы с "народностью" могут быть не только за счет цены, но и влияния качества платы, экранирования, и т.д. Лично мне интереснее всего измерение очень маленьких емкостей и индуктивностей хотя бы до 1%. И еще. А насколько необходима частота 1 МГц (вообще больше 100 КГц) если она создает трудности реализации?
А так ли необходимо 16 бит ADC при наличии усилителей? Смысл вопроса в том что есть очень привлекательная плата
http://www.st.com/web/catalog/tools/FM116/SC959/SS1532/PF259090
с цветным экраном и мощным STM32F429 (180 MHz!) за вполне народные $23. Грех не воспользоваться... А теперь позитивная часть. А что если в свете вышесказанного сделать модульную конструкцию? Есть базовый модуль - CPU + LCD и традиционная аналоговая часть. Синус до скажем 100 КГц делает DAC. Фиксированный фильтр срезает остатки выше 120 КГц. Более низкие частоты формируются из больщего количества точек и потому чище и так.
Дополнительный модуль с DDS мало что даст на низкой частоте, но можно генерировать высокие частоты. В этом случае еще один модуль с преобразованием частоты по вашему рецепту. А может для высокой частоты и входные цепи отдельные, раз проблема с ОУ на МГц? |
|
|
|
Я чтото запутался тут. Дело в том , что если отказаться от широкого диапазона частот и ограничиться скажем 100к как верхним пределом, то
все, что я описал по большому счету не нужно. Схему можно упростить до трех-четырех корпусов плюс мк. Поскольку ддс становится не нужен, трансимпедансный усилитель(преобразователь ток-напряжение) тоже. Мост можно сбалансировать сигналом с цапа и тд и тп. В общем будет шикарно но до 100к. alexf58: А смысл этой операции? Может должен быть отдельный канал с преобразованием частоты для 1 МГц, а все что меньше (до 50-100 Кгц) отцифровывать напрямую? Или я чего-то не понимаю? Наверно канал измерения должен быть один, иначе разные части могут влиять друг на друга, плюс это сложнее. alexf58: с цветным экраном и мощным STM32F429 (180 MHz!) за вполне народные $23. Грех не воспользоваться... У нас такие по 23 бакса не продаются, отдельно мк по такой цене  . Вообще пока что не вижу смысла менять мк тк и в 373 пони полно для вычислений. PS: я еще совсем забыл про 32ф303 , которые мне pixar подарил . В них 4 операционника с граничной 8,2МГц, которые конфигурируются в PGA, и быстрые 12битные ацп с диф-входами. С такой периферией получается все еще проще. Пожалуй прикину схемку на 303. |
|
|
|
Neekeetos: все, что я описал по большому счету не нужно. Поэтому я и предложил сделать ВЧ модуль optional. Мне кажется что и "народный" и с широкой полосой сделать нелегко. А если ВЧ модуль к более простой общей части, то кому что ближе. А не понял рассуждения о том что не нужен трансимпедансный усилитель на низких частотах. Вроде практически везде используется и как раз на низких частотах делается без экзотических деталей. |
|
|
|
alexf58: А не понял рассуждения о том что не нужен трансимпедансный усилитель на низких частотах
Я имел в виду что его функцию можно реализовать в цифровом виде, оу останется а недостатков связаных с ним - нет , поскольку сигнал балансировки моста будет формироваться с мк |
|
|
|
Я заказал себе плату с 303 и плату с 429 (и экраном). Можно будет поэкспериментировать. Что касается высоких частот, у меня есть некоторый опыт работы с RF и на столе стоит HP vector network analyzer до 3 ГГц, но, что важнее, от 300 КГц. Так что если все же придется делать 1 МГц, то поможет с настройкой. Мне кажется, что для серьезного прибора ограничиваться однополярным питанием 3 V не следует. Я бы сделал +/- 5V для аналоговой части. Тогда можно использовать широкую номенклатуру деталей. Впрочем и для маленького напряжения бывают неплохие ОУ. Присмотрел тут LM8262 для выходных повторителей. Unlimited cap load
Supply 2.5 to 22 V
Input 0.3 beyond rails (!)
GBWP 21 MHz |
|
|
|
Привет всем . На праздниках немного обмерил 32f303. Схема эксперимента аналогичная той, что была с 373 - я подключил DDS
на вход ацп. Платка для экспериментов получилась такая -
http://neekeetos.embedders.org/f303_top.jpg
http://neekeetos.embedders.org/f303_bot.jpg Изначально я запустил ацп в режиме непрерывного преобразования, так что частота оцифровки зависела от времени выборки, само ацп тактировалось от 72МГц, плата DDS от 12МГц. Частоты оцифровки в зависимости от времени выборки получаются - 1,5такта - 5.142М, 2,5 такта - 4.800М, 4,5 такта - 4.235М , 7,5 тактов - 3.6М . Прямая оцифровка выхода ддс, вход дифференциальный, второй провод подключен на 2,5В платы ддс, частота 456,79кГц, времена выборки 2,5 и 1,5 такта:
http://neekeetos.embedders.org/456789_diff_25_HFT95.png
http://neekeetos.embedders.org/456789_diff_25.png
http://neekeetos.embedders.org/456789_diff_15.png Частота 123к, времена выборки 1.5,2.5,4.5,7.5 тактов. Входа либо дифференциальные (diff) либо нет (se):
http://neekeetos.embedders.org/123456_diff_15.png
http://neekeetos.embedders.org/123456_diff_25.png
http://neekeetos.embedders.org/123456_diff_45.png
http://neekeetos.embedders.org/123456_dif_75.png
http://neekeetos.embedders.org/123456_se_75.png У ддс выходной сигнал очень сочетается с встроеным в 303 PGA, вот однополярный вход 123к с усилением 4
http://neekeetos.embedders.org/123456_pga4_75.png Прямая оцифровка DDS 100к для 7.5 и 1.5 тактов времени выборки:
http://neekeetos.embedders.org/100k_diff_75.png
http://neekeetos.embedders.org/100k_diff_15.png Частота 12к диф и обычный вход, прямая оцифровка:
http://neekeetos.embedders.org/12345_se_75.png
http://neekeetos.embedders.org/12345_dif_75.png Частота 12к, оцифровывается выход опампа с усилением 1 и 4, частота оцифровки 2МГц(по таймеру):
http://neekeetos.embedders.org/12345_pga1_75_2M.png
http://neekeetos.embedders.org/12345_pga4_75_2M.png Собственный цап с выключеным буфером, формирующий на частоте 1М синусоиду по 32 точкам,
частота оцифровки ацп 2МГц, синусоида соотв 31,25кГц: через буфер на встроенном оу - http://neekeetos.embedders.org/dac_30k_follower_ch3_75_2M.png
напрямую выход цап включен на вход ацп - http://neekeetos.embedders.org/dac_30k_direct_ch2_75_2M.png А вот как встроеный оу реагирует работу УВХ ацп , подключеного на его выход -
http://neekeetos.embedders.org/opamp_105ns.png ,
время выборки 7,5 тактов ацп, видно что переходный процесс заканчивается
задолго до конца выборки, что есть хорошо. Минимум времени выборки, при использовании встроеного оу перед ацп, думаю
составляет 2.5 - 4.5 такта, а по даташиту рекомендуют 400нс, это 30 тактов, перестраховались. В целом АЦП мне показался отличным,собственный шум на уровне 0,5 шага квантования. Гармоники на графиках в основном являются либо свойствами сигнала (ддс дает -60 уровень гармоник, а синус из примера DAC 303 еще хуже), либо из за отсутствия нормального буфера перед ацп, все таки увх, работающее на 5МГц это весьма специфичная нагрузка.
А вот диф режим ацп я не понял, вроде бы помех чуть меньше в нем, но сигнал по уровню в два раза падает тк полная шкала у ацп в дифрежиме +-3 вольта. Уровень шума самого ацп при этом меньше не становится. Думаю в данном случае сложность создания
диф сигнала специально для ацп себя в плане качества измерений не окупит никак. |
|
|
|
Если еще не видели и хочется (как и мне) подтянуться по теории, очень толковая статья:
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5950-3000.pdf
|
|
|
|
А ацп ads 1100 можно рассматривать, как часть метра? Меня смущает отсутствие входа для опорного напряжения. |
|
|
|
Михалыч А: А ацп ads 1100 можно рассматривать, как часть метра? Меня смущает отсутствие входа для опорного напряжения
У этой микросхемы опорное это ее питание. Но для рлц метра по большому счету от опорного напряжения важна только кратковременная стабильность, так что ацп без опорного тоже могут подойти. Я правда сейчас сосредоточился на варианте с использованием 32f303 и его встроеного ацп поскольку схема получается проще, без внешних ацп, ключей и тп. |
|
|
|
Отладил схему преобразователя ток-напряжение. Попробовал при этом разные оу, результаты получились довольно интересными, поэтому решил описать тут. Я рассматривал две схемы, одну классическую на одном оу, и вторая это творчески осмысленный мной вариант из двух оу.
Первая схема http://neekeetos.embedders.org/IU_test_sch1.png ,
вторая http://neekeetos.embedders.org/IU_test_sch2.png
На номиналы и названия деталей можно внимания не обращать. Общий смысл такой , что на U1A собран буферный усилитель для сигнала с DDS, на U1B - буфер для ацп мк ( 32ф303 ). На элементах U2 собран преобразователь ток-напряжение. На инвертирующем входе U2A мы ожидаем создания виртуальной земли, и соотв подавления тестового сигнала (и всех остальных) как можно больше. Тестовая частота во всех случаях была 100кГц. U1B на самом деле это отдельностоящая микросхема TL072, и она не менялась по мере экспериментов, остальные микросхемы я менял.
Напряжение на выходе буфера DDS, размах 2В от пика до пика, можно принять его как отправную точку для оценки
подавления на виртуальной земле:
http://neekeetos.embedders.org/ne5532_tl072_vout_160.png
буфер тут на ne5532 ( ацп подключен через 072 , это не менялось , так что не буду упоминать ), видно, что уровень порядка 60дб
схема номер один, на одном оу -
http://neekeetos.embedders.org/vgng%20lm833-lm833-tl072_x1.png
http://neekeetos.embedders.org/vgnd%20ne5532-ne5532-tl072_x1.png
http://neekeetos.embedders.org/vgnd_lmp7716.png
NE5532 , LMP7716, LM833 все дают примерно одинаковое подавление в районе 45-50дб, оставляя на виртуальной земле около 20мВ
тестового сигнала. данные LMP были собраны для частоты оцифровки ацп 1МГц, для остальных - 2МГц , отсюда визуально смещение тестовой частоты. Я также пробовал в эту схему поставить TL072, она дает порядка 40дб подавления, но значительно больше искажений, кроме того нагрузка порядка 100 ом слишком тяжелая для нее. Схема из двух оу:
Пробовал ее на TL072, работает, но ничего не добавляет в плане подавления, как было 40 так и осталось к сожалению.
http://neekeetos.embedders.org/vgnd_lmp7716%20x2.png
добавляет 10дб в случае lmp7716, LM833 я не смог заставить работать в этой схеме тк она становится нестабильной, подобрать коррекцию не получилось, а вот NE5532:
http://neekeetos.embedders.org/vgnd%20ne5532-ne5532-tl072_x2_5k6_3k3.png
Явно победитель , дает более 80дб подавления на частоте 100к . Из любопытства проверил , та же схема на 300кГц дает
подавление ~60дБ. Так что вот. Из дополнительных комментариев , питание у всех оу было +-8 вольт, у LMP7716 - 0-5В c отдельного стабилизатора.
Очень радует динамический диапазон ацп, для этих собраных 10к точек получается около 90дб. |
|
|
|
|
