合作设计基于mcu的数字式电容ESR表

abbey_tom

washu 发表于 2023-4-9 09:57
分类错了，立创上的这种 PTC 在电阻、PTC 电阻分类，不是自恢复保险，有很多的。

一般手持万用表电 ...

是不是这个？


8055的电阻档，连着用两个。

xjw01

yjmwxwx 发表于 2023-4-8 20:05
本来就是自娱自乐，我感觉我应该也能用C写程序，查查语法就行了，只是没那个需求，又不能靠这个找工作。

确实，学点C用来找工作也不太现实。但是学会这些东西，也不能说完全没有。
    我有个朋友是工厂的电工。在巨型轮胎厂工作。它们生产的轮胎高达4米以上，采矿场用的。早期国内矿场大量进口米国的，1个轮胎近百万元。而他们生产的轮胎十几万元1个，但质量不稳定。进口的可以用半年，他们厂的只能用2至6个月。原因比较多，比如温度控制不准确、轮胎不够圆等。
    2011年，这位朋友跟我说，“我年薪7万，主管年薪30万，我熟PLC，主管几乎不会。主管会basic编程，把轮胎修得很圆，所以拿高薪”，“我要是会basic，我也能做主管”，这几乎是他的原话。
   生产设备是北京的，设备方多次派工程师来解决问题，就是搞不定。轮胎厂自己用basic解决问题，我看也挺好的。
   我的这位朋友，早年在镇里的佳通轮胎厂工作，没有学历，但也成长为厂里的骨干工程师，PLC用心学了一些，但不愿决学习basic或c，跳槽到巨型轮胎厂，这里需要basic，主管职位只好让给年轻的大学生。要不然，轮胎不圆，卖不出去。
    所以，觉点高级语言，有时还是管用的。

yjmwxwx

xjw01 发表于 2023-4-9 10:43
确实，学点C用来找工作也不太现实。但是学会这些东西，也不能说完全没有。
    我有个朋友是工厂的电 ...

我最早学的是51单片机，那时候学的C语言编写程序，只跟着教程学会了最基本操作，也做过一些很简单东西，后来学STM32看着配置KEIL太麻烦了，代码里面寄存器都是英文名字比较难记，就没什么兴趣学了，后来偶然看到网站上贴的汇编点灯程序就跟着学了，因为不需要配置什么也没英文所以很容易就入门了，写的时间长了很多功能都能自己写程序实现就更没动力去学C了，通过自己写程序不用别人的库还学会了三角函数的一些知识，后来学控制电机发现这些基础知识都是相通的，不需要用别人的电机库自己写个程序就能控制。

我现在学C应该也不难，因为明白了程序应该怎么调试，就是实在是用不到，我是个农民而且在家从20岁蹲到现在35，不可能靠学的东西找个工作，三年前最后一次出去找工作，到我们那做硬度计的工厂应聘个电子助理的岗位，见面一分钟都不到就给赶出来了，后来就放弃出去找工作了，只是自己玩玩就没动力去学C了，我一开始还想学LINUX捎带学学C，但是想了想根本没地方用，不用很快就会忘记，现在搞的制作用汇编已经足够了。

yjmwxwx

washu 发表于 2023-4-9 09:57
分类错了，立创上的这种 PTC 在电阻、PTC 电阻分类，不是自恢复保险，有很多的。

一般手持万用表电 ...

原来万用表也用PTC，立创上PTC好像确实少，我当时想找电焊机用的那种5欧的就找不到。

我搜到个讲万用表保护的帖子，原来万用表里面保护电路就是这样啊，有没有中文版讲解万用表保护电路的，这帖子英文的看起来还要自动翻译，现在CHROME自动翻译都不能用了

https://budgetlightforum.com/t/multimeter-protection-and-safety/56310

abbey_tom

yjmwxwx 发表于 2023-4-9 11:20
我最早学的是51单片机，那时候学的C语言编写程序，只跟着教程学会了最基本操作，也做过一些很简单东西， ...

并没有觉得KEIL需要配置太多的东西呀，
而且你说的有关STM32的英文太多，
那是使用库函数（库函数我也是基本不用的），
如果直接操作寄存器的话，
根本就不需要任何依赖，
和你写汇编是一样的，
关键是更简洁易维护。

如果有兴趣的，可以使用我独创的高效位操作方法
http://www.openedv.com/forum.php ... d=294788&extra=

yjmwxwx

abbey_tom 发表于 2023-4-9 11:27
并没有觉得KEIL需要配置太多的东西呀，
而且你说的有关STM32的英文太多，
那是使用库函数（库函数我 ...

关键是没那个动力学啊，本来都是搞的一些简单制作，用汇编就足够了，就是三个窗口非常简单，一个EMACS文本编辑器，一个窗口输入make就能自动编译，另外一个JLINK命令行可以调试程序，这些用了很多年了形成习惯了，没必须用C的需求难改变了，就是用C也只会选择用GCC，还是三个窗口就够了，只不过用GDB调试方便一些。

下面图片就是我用的工具

EMACS文本编辑器




编译器输入make就行了




JLINK调试程序窗口

小鬼头

现在上更新后的设计草图（草图7）

这是因应100Hz工作模式时检查发现问题而作出的更改，并且把前天加入PTC电阻增强保护能力的设想内容也加进来。

现在图里的电路，虽可以工作于100hz、1khz，但还有明显的不足之处。一是多了一个插孔，用起来还是不够方便。二是RLC插孔不能用来测电池内阻。只能使用ESR插孔来测，而ESR插孔只适合工作于100kHz，与常用的电池内阻1kHZ测试方法差异大。

昨天已找到了针对这2项不足的改进方法。但需要增加较多元件，准备在下一个草图中把他画出来。下一个草图计划分为“手持表版”、“镊子版”2个图，因为镊子式的ESR表，本身就不适合用来测电池内阻，这样，就允许不设电池内阻测试功能，从而可以有针对性地减少所用元件数量和体积。而手持表式的ESR表，则体积方面比较宽松，允许使用体积更大、更多的元件，从而可以实现1khz测电池内阻功能。



相关更改的说明：

1、C3、C8改为电解电容。容量大幅提升，以减少100hz时的压降，避免运放工作时出现削波现象。

2、U1B的DC工作点更改为0.70V。多出来的50mV是用于应付C8在100Hz时额外增加的负半周摆幅需求，以防止测试波形在负半周时削波。

3、加入了经过前天实验的PTC电阻保护功能。

4、验核了保护二极管的限幅对测试波形的影响（如果有电容与被测器件串在恒流通路内、且会被保护二极管限幅，则重点考虑100Hz时）。因应这里的需求，增加D7、D8这2只保护二极管，以免被测器件上的正常波形被保护二极管削波。

washu

小鬼头 发表于 2023-4-6 16:59
就是单位里的破电脑，应该早淘汰了。不过，应付文档处理还是够用的。

而我本来想多装一个LTspice，但 ...

之前在桂林我用的是十几年前的老二代 i7 2600k，跑 0.1 秒要 3 分钟左右（看右下角系统时间估测）

回老家带娃，用老家的电脑跑了一下，只要 80 秒（卡秒表测）...四五年前的 R5 3600X


照此估算当前主流配置估计四五十秒以内吧 四五十秒和半小时，难怪对面论坛说用老电脑浪费时间了

washu

abbey_tom 发表于 2023-4-9 10:27
是不是这个？

应该是，8055 这“台”表真的很“手持”啊

3457 的电阻档误接高压的防护是俩三极管，缺点是只能用于直流（测试激励），热敏电阻的话就没有方向性

小鬼头

昨天在考虑这个esr表的各档量程范围问题，方意识到：

1、无法简单向下扩展量程。

因为想尽量提高FS（满幅/满量程）时的dc输出电压，以迁就那些ad参考电压比较高（比如1.024v，又比如与本电路明显失配的3.3v）的mcu，所以，现在的电路已经把电源电压提供的动态范围都基本用尽。

这样一来，就无法通过提升dc输出电压来向下扩展量程。比如，假定ad的实际分辨能力是1999计数，20Ω档时，最大显示数是19.99Ω，最小显示数是0.01Ω（即10mΩ）。如果想向下扩展量程，让他的最小显示数变为1mΩ（最初我们期望测电池内阻时能作这样的显示），那么，一般的做法是加一级x10的PGA放大，但现在电源提供的动态范围已用尽，加这一级放大后，信号会被电源“削波”，所以，无法达到目的。

2、如果mcu的ad部分具备如下特点，则可以向下扩展量程

（1）给0.1v的FS电压，他就可以满幅显示。也就是，他的参考电压是0.1v（或更小，越小越有利）。

（2）ad部分的参考电压虽然比较高（3.3V），但内部还有运放（不一定是PGA）可提供不低于33倍的dc增益，这样，给他3.3v/33=0.1v，他也能满幅显示。

3、如果mcu不具备第2点的条件（只有3.3v的参考电压），但又想向下扩展量程，还有一个办法：给现在的设计草图增加一级运放，提供所需的dc放大（比如做成具有3.3倍和33倍切换的PGA功能）

—————-

最后第3点的增加一块运放ic的方法，还能同时解决mcu（abbey-tom当初给出的）的ad部分与现在电路在FS上失配的问题。由于这块运放只负责很低要求的dc放大，廉价ic即可胜任，成本增加不多，因此，在没有找到更好的mcu选型之前，这是一个很有吸引力的可选方案。而这个方案从另一个角度看，是用新增的廉价运放给mcu补上PGA放大的功能。

编辑补充：但这个方案还要受本esr表电路拓扑所特有的固定偏移的限制，是否可行，还没想好。。。。

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-4-10 11:16
现在上更新后的设计草图（草图7）

这是因应100Hz工作模式时检查发现问题而作出的更改，并且把前天加入PT ...

现在上更新后的设计草图（草图8 镊子版）



相关更改说明：

1、取消了草图7的增设插孔（即是将草图7的2个插孔合二为一）。令使用时更方便，但仍具备与草图7同等级的保护能力。

2、因为左侧保护二极管组合没有串隔直保护电容，所以，这个电路不能用来测电池内阻，也不能采用加上偏置DC电压的方式来测被测器件。

——镊子版所缺的这项功能，在手持版里则能够具备（代价是明显增多体积大的元件）。

3、重新核准了AC/DC转换增益、整流电路输出的FS直流电压幅值。图中的这2大类数值均是计算出来的理论值。

曾简单仿真过整流电路的FS输出DC电压，证实仿真结果与计算结果相差不是很大。比如1kHz方波的理论转换增益为3.92倍，仿真结果为3.71倍。

4、修改了耦合RC取值，电容C容量减小，体积更小（尤其是400V高压隔直电容，现在仅需0.01u电容1只），更适合装进细小的镊子ESR表表壳里。

——因为已确定是用于镊子式的ESR表，必然要采用RR运放，而RR运放均是MOS输入级结构的，所以允许取高值（M欧姆级）偏置电阻R，于是C就相应可以减小（大致减为原来的1/10）。

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-4-11 16:03
现在上更新后的设计草图（草图8 镊子版）

现在上更新后的设计草图（草图8  手持9V版）



相关更改说明：

1、像镊子版那样，采用合二为一的插孔设计。保护功能不减。

这里串入了100V的47u高压电解作隔直，这样，就允许测量电池内阻（以及允许采用加DC偏置电压的方式去测被测器件）。

（1）可测内阻的电池电压上限大约是90V，这应该已能满足日常的这项测试需求。如果还嫌不够，可以将47u电解的耐压、TVS瞬态抑制二极管电压规格一同提高。

（2）测电池内阻时，表笔需分正负。COM插孔接电池负极、ESR/R/L/C插孔接电池正极，这样才能测。否则，电路将进入保护状态。

2、PTC电阻降为10欧。这一规格的电阻在立创商城也有售，体积比20欧的稍大。

这里取更低的值，是防止正常的测试信号波形被6只保护二极管组合“削波”。如果取20欧，保护二极管组合可能需增至8只，才有足够的免“削波”余量。

3、与高压电解并联的TVS，是用于保护高压电解的。与高压电解并联的1/2W的47K欧姆电阻，是用于给高压电解放电的，以免用户误触（同时接触）正负表笔时，遭到高压电解的余电电击。

4、运放由NE5532改为OPA2134（或其他约10MHz级频响的运放，比如OPA2132、OPA2604、OP275、AD827）。

单纯论频响和所能提供的高频负反馈量，NE5532胜于OPA2134。但我简单的分析表明，NE5532特殊的开环频响曲线，很可能会引致出现高频稳定性问题。

大致是，在测量大电感时，在闭环频响曲线的穿越频率（闭环增益为0dB的频率）以下，OPA2134始终最多只有2个极点，而NE5532有些情况下会有3个极点。理论上，只有2个极点的放大器，永远不会达到180度的相移，因而是不会自激的（虽然达不到Ti合集那种高频稳定性设计原则要求），而3个极点的放大器，很容易就直接自激。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-4-11 16:03
现在上更新后的设计草图（草图8 镊子版）

最近一段时间在青岛，
不方便学习和折腾。
关于MCU方面，
我的想法是锁定国产AIR32，
估计没有更合适的了。
所以希望按既定ADC接口进行设计，
直流输出考虑加PGA运放。
结构上优先设计手持式，
估计需要多次叠代。
成熟后稳定后再考虑镊子小型化。

小鬼头

abbey_tom 发表于 2023-4-11 21:35
最近一段时间在青岛，
不方便学习和折腾。
关于MCU方面，

你说的AIR32，详细型号是什么？不算显示屏部分后的你数字电路这一块耗电多大？算上后耗电又多大？

因为耗电大，就不适合用9v，需用锂电池直接供电。那么，电路需做成草图8两个版本的结合体。

ps：关于显示屏，个人更偏好普通的黑白屏（类似LQ9101电桥所用的），便宜且超耐用。对oled屏目前不抱好感，因为我早年体验过一个（usb测试仪上的），光衰严重，使用大约不到2年就显现问题。对tft屏，则没什么了解。

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-4-11 09:04
昨天在考虑这个esr表的各档量程范围问题，方意识到：

1、无法简单向下扩展量程。

——关于利用PGA放大能力扩展测量下限的分析计算——



1、PGA放大对测量下限的扩展作用

    在普通电路中，PGA放大倍数有良好的选择自由度，可根据需要扩展测量的下限。比如，1999计数的AD芯片，其FS信号对应的测量阻值＝19.99Ω，（下面为方便叙述，将类似情况简称为“2000计数”和“20Ω”），最小分辨阻值为20Ω/2000计数=0.01Ω=10mΩ。为了想获得1mΩ的最小分辨阻值，配上X10倍的PGA放大即可。如有需要0.1mΩ的最小分辨阻值，则可以配上X100倍的PGA放大。





2、本ESR表电路的特殊性

     在本ESR表电路中，却没有这样的PGA放大倍数选择自由度。因为本电路特殊的拓朴，输出给AD芯片的DC信号中，还含有由基准电阻信号带来的DC固定偏移，这部分FS信号不携带任何真正有用的信息。虽然这个特点令到整流电路的线性方面因此得益（可减少二极管非线性带来的误差），但“有得就有失”，现在这里就由于这个DC固定偏移，使得可选的PGA放大倍数严重受限。

     比如图1的电路中，就不能采用X3倍的PGA放大。因为DC固定偏移已占FS信号的1/3，乘以X3倍放大后，FS信号将100%为DC固定偏移信号，不能携带任何一点被测电阻的被测信号信息。

3、设计草图8电路可采用的测量下限扩展方法

    （1）第一种方法是，其他方面不变，只减少基准电阻阻值。

      此方法简单易操作，但也明显受限。一是会令同一档位的测量上限有相应的下降，比如，10Ω基准电阻改为5Ω，最小分辨阻值可由原来的10mΩ减小为5mΩ，但同一档位测量上限也由20Ω降为10Ω。二是增加了对恒流运放电流输出能力的需求。原来具备10mA能力即可，改动后需增加为20mA。

    （2）第二种方法是配上PGA放大电路。

     图1的电路虽不能采用X3倍的PGA放大，但可以采用X2倍的PGA放大。最终可获得2倍的分辨能力，最小分辨阻值由原来的10mΩ减小为5mΩ，计算过程详见图1a、图1b和图1c。





4、进一步利用PGA放大能力，扩展本ESR表的测量下限

    由前面2点所述可知，草图8电路即使配上PGA放大电路，也只能获得2倍的扩展，效果差强人意。 为了扩展本ESR表测量下限，可采用减小DC固定偏移在FS信号中所占比例的方法。具体实现和计算过程，详见图2a、图2b和图2c。

    得到的结果是，理论上最终可获得5倍的分辨能力，最小分辨阻值由原来的10mΩ减小为2mΩ。

      减小固定偏移所占比例，还稍微提高了AD分辨能力的利用率。图1电路的利用率是66.7%，AD芯片需具备3000计数的性能，才能得到基本量程的10mΩ最小分辨能力。图2电路的相应数据是81.82%和2750计数。

     在减小固定偏移所占比例的同时，为了避免被测电阻上的正常信号波形被保护二极管“削波”，输入信号幅度需减小一半，因此，输入信号由原来的200mVp-p降低为100mVp-p。

     输入信号减小后，会给整流运放的可用负反馈量带来压力。但是，由于有PGA运放的加入，又可以由PGA运放承担更多的放大工作，这样，最终的结果是，整流运放在这方面反而得益，有更多的负反馈量可用于克服二极管整流带来的非线性。比如，无PGA时，整流运放可获得10倍（20dB）的负反馈量。按图2修改电路，由于输入信号减少一半，整流运放的可用负反馈量于是只剩下5倍（14dB）；但我们可以将PGA的放大倍数安排为20倍（而不是机械地安排为5倍），整流运放于是就可以减少6dB的闭环增益，相应地可以多获得6dB的负反馈量，由原来的20dB变为26dB。