合作设计基于mcu的数字式电容ESR表

MF35_

abbey_tom 发表于 2023-3-28 13:45
简单看了一下，
这个TT还是比较尴尬的，
太简单了，几乎没有前端，

这个TT没有前端是必然的，它的特色就是用单片机IO口的特性来实现，所以有了前端就无法直接利用IO口特性了，而且换了STM32后IO口特性就变了，不但程序需要改，几个内部参数也需要，最典型的内部上拉下拉电阻的值就不同，国内有些模仿者做出的东西不那么好用，大多因为没吃透原理又把单片机换了，然后不会或者懒得重新分析设计参数

abbey_tom

MF35_ 发表于 2023-3-28 14:44
这个TT没有前端是必然的，它的特色就是用单片机IO口的特性来实现，所以有了前端就无法直接利用IO口特性了 ...

确实如此，
要想移植成功，
也是要有大量的工作要做的。

washu

abbey_tom 发表于 2023-3-28 13:45
简单看了一下，
这个TT还是比较尴尬的，
太简单了，几乎没有前端，

TT 可不尴尬，你假货宝搜搜 ESR 表，几乎清一色就是这个 TT 的各种国内山寨版



所以我才建议如果要用单片机做 ESR 表，不如看看 TT 是怎么做的，楼主的 ESR 表有爱好者 DIY，但几乎看不到商品化的：极少数硕果仅存的价格嘛...




至于 TT 没前端，人家本来就不是 DMM 啊，定位不一样，所以才需要一定程度的整合工作：我认为可以像国内万用表提供的 hFE 测试插座那样，也是提供一个 TT 测试插座这样的方式实现整合（也就是说硬件电路上原则上和 DMM 独立）就行


btw. 前面举 HY3131、FS9704 等 DMM 前端专用芯片的荔枝是用于说明即使没有太多模电功底也可以直接用这种前端设计 DMM，不过你都有折腾好几块表的经验了，自己折腾可能成本较低：那几个前端芯片都是高档表用的，不便宜

小鬼头

更新一下设计的草图。

本来想把图里的R10、R13省去。但仿真了一下

1、省去了R10后，U1B的输出摆动不对称，不利于提高电源利用率。刚才分析知道了原因，可以通过R4、R5的分压关系来解决，但电源电压没最后确定，先这样。

2、R13省去后，需要C7取较大容量才有足够的滤波效果。这个电路是半波整流的。

————————————————————————————————

现在这个电路运放输出端的AC信号正摆幅是在1.5~2.0V之间，负摆幅也是这个幅度。这比较尴尬，因为如果使用低压的轨至轨运放，还不一定能使用锂电池直接供电，因为锂电池也只有3点多伏。

主要是整流二极管占去0.6V，如果改为肖特基二极管整流的，则应该可以使用锂电池直接供电。

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-3-28 16:38
更新一下设计的草图。

本来想把图里的R10、R13省去。但仿真了一下

再上仿真的图

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-3-28 16:38
更新一下设计的草图。

本来想把图里的R10、R13省去。但仿真了一下

刚才研究校准时，顺手算了一下误差，发现这个拓扑与保护电路有严重冲突：

1、只要有了1u的隔直保护电容，他就与被测对象相连。本电路检测被测对象压降时，不可避免地要把他纳进来。又因为他的容量小，100khz时阻抗达1.6欧，他对形成被测压降的阻抗模贡献太大，导致误差极大。

比如，被测对像是纯电阻1欧，与这只电容串联后的阻抗模达到1.88欧，这也是本仪表将报出的测量结果，误差高达+88%。如果被测对象阻值更小，误差将更大。

2、若拆除这只隔直保护电容，这仪表的准确度上去了，但变得弱不禁风，不可能抵御住300v直流电压的考验，因为最多只能在测试两端并联2只背靠背的二极管提供保护。后者的保护安排，也是EZM2501所采用的电路方式。

那些lcr仪应该也是因为要保准确度，无法采用这类串隔直电容的保护方式，导致保护能力有限。

3、构思了好几个改动方案，发现都无法简单地通过修改接法、增加少量元件来解决之一矛盾。

4、反而我当年设计的指针式esr表电路，却不存在上述问题。

为了保证仪表足够坚固，准备改回采用指针式esr表的电路拓扑。这种拓扑要做数字显示，需要做除法运算，那些icl7106是不具备这一能力。而使用mcu则可以，刚好abbey_tom之前弄双显表时有成功的经验。

下面是手算的稿纸：

abbey_tom

闻太师 发表于 2023-3-28 16:26
先以STM32F103为例，回顾一下VSSA和VSSD为什么要分开。从祼晶引出一条binding线连接至真正的管脚，bindin ...

太师习惯于量化建模，
只有我洗耳恭听的份儿。
但干扰问题牵涉的因素太多，
简单的模型难免顾此失彼。

PCB设计中频率较高时，
必须做信号仿真的。
我觉得业余玩儿，
能够尽量遵循一些工程经验就行了。

关于STM32，
规划两个地平面并不难，
以常用的C8T6为例，
VSSA在第8脚，
观察一下，
整个这一侧，
基本都可算是模拟电路，
包括振荡、复位等，
如果用模拟功能，
ADC相关的PA0－PA7
这些也都是连在这一侧的，
所以布局时以这一侧集中展开作为模拟就非常合适，
不存在您所说的非要几厘米细铜皮连接的问题。
另外，我前面说过，
稍讲究一些的，VSSA也并非直接接地，
而是通过一只电感，
以这只电感连接（取代0电阻）
可以做成两个地平面。
至于效能几何，
我就无力分析了。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-3-28 16:38
更新一下设计的草图。

本来想把图里的R10、R13省去。但仿真了一下

关于供电，
直接用18650是不现实的，
因为电压范围可能低至2.6V高至4.2V
给MCU供电必须能够稳定至3.3V左右，
所以用锂电池供电，
稳压（升压）是必须考虑的。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2023-3-28 23:59
刚才研究校准时，顺手算了一下误差，发现这个拓扑与保护电路有严重冲突：

1、只要有了1u的隔直保护电 ...

我觉得除了有特殊要求外，
一般的元件现在非常便宜，
尤其是贴片，
完全不用在乎多几个元件少几个元件的。
至于算力，
即使是高精度的浮点运算，
MCU应付起来也轻松，
只要有算法就行 。

abbey_tom

闻太师 发表于 2023-3-29 09:19
这个建议对我有用，画板的时候把STM32按45度角放置，划分地平面确实要方便得多。地平面的讨论暂告一段 ...

所以说，锂电直接供电超高的情况偏多？

小鬼头

小鬼头 发表于 2023-3-28 23:59
刚才研究校准时，顺手算了一下误差，发现这个拓扑与保护电路有严重冲突：

1、只要有了1u的隔直保护电 ...

刚才想到了一个还算是省料的接法，通过增加尚可以接受的7只元件，把这个岌岌可危的原电路方案挽救回来。见下图：

经此改动，图中的隔直保护电容（现在为2只，分别是C4、C8）压降，不会被后端电路检测出来。因此，原来保护电路带来的误差过大问题，应该可就此解决。

小鬼头

闻太师 发表于 2023-3-29 09:19
这个建议对我有用，画板的时候把STM32按45度角放置，划分地平面确实要方便得多。地平面的讨论暂告一段 ...

对。3.3V可认为锂电池没有电了。

现在可算是进入锂电池时代，再一个，abbety_tom你想做小型化的ESR表，锂电池供电有巨大优势，那些软包电池体积小、不占多少空间。


所以，我现在主要按锂电池3.7V/3.6V供电来进行设计，还兼顾一下5V供电。