合作设计基于mcu的数字式电容ESR表

小鬼头

xjw01 发表于 2023-4-19 16:50
电路越来越复杂了
还是建议用方波的方案吧。正弦波的太麻烦了。
wash建议用TT的，还是最简单的。

这个电路，改成方波也省不了几个元件。

虽然电阻的测量范围有限，但现在的电路通过切换工作频率，LC的测量范围应该能比较好地满足维修需求。

电感大概能测到300mH，最小0.1uH以下。电容估计最小能测几百pF，最大可能是1000uF或10000uF（因为受接触电阻影响，这个不好具体说是多少）

往事已去

小鬼头 发表于 2023-4-19 15:53
现在上更新后的设计草图（草图10，手持3.7V版和手持9V版）

C11为什么不改小？那里高阻。
如果能测1毫欧（或者分辨率）的话，不知道测量短路效果怎样？例如好几个并联的管子其中有一个/几个短路。

abbey_tom

xjw01 发表于 2023-4-19 16:50
电路越来越复杂了
还是建议用方波的方案吧。正弦波的太麻烦了。
wash建议用TT的，还是最简单的。

这个3.8元的AIR32，
做SPWM可能比正弦波还要费事，
因为有DAC，并且开DMA的话，
CPU不用管了。

您的那个ESR我移植到STM32玩过，
可能是哪个地方时序配合不好，
有些不太稳定，回头再查。

TT的方案很巧妙，我也会尝试。
主要是玩儿，顺便学习点技术。
您的那个STM32版的电桥，
如果方便能把主要代码发我一份，
也会求之不得，研究学习的好范例。

天天爱玛丽

还是需要首先解决电源的问题,下面是我测试的DAC输出后,又用ADC读取的情况,
相邻跳变都是+4,+6,+8这样的,根据我的经验,这种情况说明电源不够纯净,含有太多杂波,
当电源比较纯净时,ADC读数跳变规律应该是+1,+2,最好不超过+3,也就是精度损失在2位以内,
如果不能解决电源问题,校正的意义不大,各位哥哥有推荐的好用又便宜的3.3V芯片吗
DAC = 4095
ADC Value = 4063 Volt = 3.274
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4067 Volt = 3.277
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4067 Volt = 3.277
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4067 Volt = 3.277
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4071 Volt = 3.281
ADC Value = 4067 Volt = 3.277

DAC = 2048
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2054 Volt = 1.655
ADC Value = 2052 Volt = 1.654
ADC Value = 2056 Volt = 1.657
ADC Value = 2055 Volt = 1.656
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2052 Volt = 1.654
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2055 Volt = 1.656
ADC Value = 2055 Volt = 1.656
ADC Value = 2055 Volt = 1.656
ADC Value = 2056 Volt = 1.657
ADC Value = 2055 Volt = 1.656
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2048 Volt = 1.650
ADC Value = 2055 Volt = 1.656
ADC Value = 2052 Volt = 1.654

DAC = 0
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 8 Volt = 0.006
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 16 Volt = 0.013
ADC Value = 8 Volt = 0.006

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-4-19 15:53
现在上更新后的设计草图（草图10，手持3.7V版和手持9V版）

现在说说设计草图10的有关更改：

1、调整了输入电阻网络。按dac最大输出2900mV的正弦波来安排。

因为二级RC滤波器对100khz信号有较明显的衰减，故调高100khz时的信号电平，以免AD分辨能力利用率下降。第二级RC滤波器也稍作调整，令恒流电路获得的100khz信号幅度与其他频率基本相同。

2、精简了保护电路。

用2个桥堆BG1、BG2取代8只1n4004，用1只单向tvs代替2个器件（1只双向tvs和1只1n4004）。这3只元件均标上贴片和直插封装的型号。pptc改标为145mA 250v。

3、重新计算和安排最后2个运放的增益。

修正原来的2个错误。

一是正弦波的理论转换增益。之前只做了有效值与峰值之间的转换，漏算了平均值整流时方波与正弦波的差别（1与0.9的差别）。

二是早期误以为的、一直没做核对的10mVpp方式需要x10倍专用放大。

4、列出3种基本工作方式的阻抗测量上下限，标上了整流运放、pga运放的输入输出信号幅度。所标的FS电压，均是含有本电路方案所特有的固定偏移在内。

abbey_tom

天天爱玛丽 发表于 2023-4-19 22:34
还是需要首先解决电源的问题,下面是我测试的DAC输出后,又用ADC读取的情况,
相邻跳变都是+4,+6,+8这样的,根 ...

同样电源条件，
试读取ADC的17通道，
对照比较一下。

xjw01

abbey_tom 发表于 2023-4-19 20:02
这个3.8元的AIR32，
做SPWM可能比正弦波还要费事，
因为有DAC，并且开DMA的话，

正弦波总是比较麻烦的，与DMA无关。当时为了提高频率，我直接用外置DDS，设置好频率后，也是不用管的。频率可以做到几兆Hz，但因为前端模拟电路不支持，只做到100kHz
因为 ，正弦波要考虑相位问题、谐波失真问题等等。在精密测量中，这些要考虑的，要在算法中进行处理。
即使是DAC正弦波，还是有谐波失真的。DAC在小范围内，谐波失真小，大动态时，失真大。主是要饱和失真。当波形失真肉眼可见时，失真已经很大了。

方波可以直接做到几个纳秒的精度。相位误差小到可以忽略。因此，方波也可以测量ESR。只是，物理意义略有不同。方波表示一个频段范围内的平均ESR，正弦波表示指定频率的ESR

此外，小鬼头老师，执意用二极管检波，我觉得，那是在测量被测元件的总阻抗。不能确保测量到ESR。如果这样，为何不采用原指针表的ESR的电路方案，电路还更简单。mcu读电压值，做个显示，并判断电容ESR是否合格就可以了。那么，算法将简化，也不需要乱七八糟的误差分析。


做ESR，本质上还是做电桥。要对模拟信号做相对严格的分析，而且大多数模拟参数不易仿真。做仿真，还不如直接写单片机程序直接调试，速度更快。
而且，数字处理部分也不太好仿真。

比如说，要测试ADC是否丢码，是这无法仿真的。即12bit的ADC，要分辨出0至4095个字数，每个字数都要有效。这时，建议用PWM输出直流电压，用ADC回读，看看是是否每个读数都是有效的。stm32F103c8t6测试过，存在丢码，ADC有效只用9bit，找到丢码位置后，做处理，才达到4096

天天爱玛丽

这是读取内部Verfint通道的ADC数据,
ADC Value = 1472 Volt = 1.186
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1472 Volt = 1.186
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1468 Volt = 1.183
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
ADC Value = 1472 Volt = 1.186
ADC Value = 1471 Volt = 1.185
ADC Value = 1470 Volt = 1.185
锂电池接在5V脚,板上依然通过1933获得3.3V,纹波太大,基准电压都不稳定了.

abbey_tom

xjw01 发表于 2023-4-20 08:57
正弦波总是比较麻烦的，与DMA无关。当时为了提高频率，我直接用外置DDS，设置好频率后，也是不用管的。频 ...

谢谢许老师指教。
如果直接方波，
确实MCU很方便，
既控制精准，频率又可以做到很高。

现在DAC，感觉采样点做到120甚至更高，
应该谐波就很小了，
这也是一种尝试。
本来小鬼头老师做ESR也并非真正的ESR，
虚实不分开，反映的是综合阻抗，
但通过结合经验值可辅助维修。

关于ADC采样，
有个问题顺便请教一下。
就是过采样的事儿，
我的理解：12位的ADC假如高速采样512次累加，
相当于得到了21位，值也放大了2^9倍。
将结果除以512再换算成模拟值，
这种算法与算术平均好像没有什么区别。
当然精度肯定是得到了提高，
只是不知我理解的算法对不对。

xjw01

abbey_tom 发表于 2023-4-20 09:45
谢谢许老师指教。
如果直接方波，
确实MCU很方便，

过采样的分辨率提升，采样次数取对数后才可以。
大约提升2bit的样子。需要加入三角波或噪声，才能实现过采样。

天天爱玛丽

abbey_tom 发表于 2023-4-20 09:45
谢谢许老师指教。
如果直接方波，
确实MCU很方便，

首先保证ADC读数都是12位的,才能这么算,
按照现在的测试结果,读数跳变很多都是+4,+8的,就相当于读数是9位,10位的,
8次求平均就可以恢复一个12位的读数,
之后才能按照你的算法继续提升精度.

abbey_tom

xjw01 发表于 2023-4-20 10:01
过采样的分辨率提升，采样次数取对数后才可以。
大约提升2bit的样子。需要加入三角波或噪声，才能实现过 ...

在您的  S T C 版 的ESR代码中，
通过采样500次累加，
然后除以50得到10倍的模拟量，
我好像也没有看到其它的措施呀。

abbey_tom

天天爱玛丽 发表于 2023-4-20 10:10
首先保证ADC读数都是12位的,才能这么算,
按照现在的测试结果,读数跳变很多都是+4,+8的,就相当于读数是9 ...

我讨论是理想情况，
主要是想搞清概念问题。

abbey_tom

闻太师 发表于 2023-4-20 10:11
采样512次累加，ADC的分辨率理论上增加4.5位，而不是9位。

我之前写的笔记，仅供参考：

我并不是说实际分辨率增加了9位（如果这样的话，就不需要高位ADC了），
说的是算法，
采样512次累加再除以512，
也就是算术平均，是不是过采样算法？
至于结果，分辨率增加多少位，
那是实际效果。