脉冲式数字ESR表的分析与设计（合作帖续篇）

小鬼头

abbey_tom 发表于 2024-2-8 22:43
发现计数值总不能从0开始，
总是要从30－40开始，
ADC测量正端电压也是从300多mV起步。

这是机子工作正常的表现。如果测得的电压（或相应的计数值）低于300mV，才是不正常。

这是因为，送到比较器的检出信号，总是叠加有300mV的Vdc、以及表笔电阻所带来的附加检出电压。这些电压都属于偏移项，需要作扣除处理。

1、现在的调试阶段：

（1）你把表笔短接，记下此时（即是测零欧姆）的测量计数结果x。

（2）测一只合适的已知阻值的电阻（比如68欧），记下此时的测量计数结果y。

（3）当机子的cal微调已调好后，y-x应该等于68欧的阻值。如果不等于，就调节cal直至等于。

2、完成以上工作后；

（1）编一个小程序，用来专门测零欧姆的数据，把测得的结果x保存下来。

（2）通过mcu编程，令到实际测量的时候，测得的结果y减去x，然后在屏幕上显示y-x的数值。

（3）mcu编程时，根据驱动电流的档位选择，在显示y-x数值的同时，点亮正确位置上的数码管小数点（即DP）。

即是，100mA驱动时，mcu要点亮右边数来第三个数码管的DP，10mA驱动时，mcu要点亮右边数来第二个数码管的DP，1mA驱动时，mcu不点亮任何一个数码管的DP。

做完以上这些，基本上就弄好了esr/r测量功能。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2024-2-8 23:49
这是机子工作正常的表现。如果测得的电压（或相应的计数值）低于300mV，才是不正常。

这是因为，送 ...

流程似乎比那个国外机要复杂些，
那个流程是直接计脉冲个数就是结果。
现在的计数方式
恐怕用昨天您贴的这些逻辑电路难以实现.

按您现在的这种流程，
我看cal硬件（是1K的那个电位器吧）也可以省去。
从软件的角度，
无论是增益还是偏移
包括增益加偏移都可以校正的。

另外，根据我的初步试验情况，
PWM和比较器可以省去，
直接用ADC就行。

小鬼头

abbey_tom 发表于 2024-2-9 08:24
流程似乎比那个国外机要复杂些，
那个流程是直接计脉冲个数就是结果。
现在的计数方式

1、原型机的那份资料里给出的流程图，仅是最最基本的部分，并没有给出更多的有用信息。

（1）没有介绍如何做偏移校准（即是扣除）

（2）我已告诉过你，单独看他那个流程图，即使被测对象是真正的零欧姆，按他的计算流程图得到的结果也至少是1个计数（即底数为1，而不是正确的0）-—有了偏移校准之后这个底数问题就会自动消失

（3）原型机还有检测硬件故障的程序。这部分的流程图也没有给出更多信息，仅是在资料里有关装制说明中得到反映。

2、对于esr/r模式，你那块adc是能应付得来。但容量模式的要求高很多，在没有专门做仿真之前，我连现在这些速度不算慢的运放，能不能顺利完成检出信号的放大任务都没有把握，更何况你这些adc。你没有做过相关试验，现在讨论要不要改为你的adc方案，还为时尚早。

小鬼头

abbey_tom 发表于 2024-2-9 08:24
流程似乎比那个国外机要复杂些，
那个流程是直接计脉冲个数就是结果。
现在的计数方式

我给出的那2个电容计电路（第一个我没有作很深入的研究），第二个是不需要作偏移校准的。

你看看我的“研究八”就知道，即是有这方面的类似需要，也是以增益校准的形式来予以补偿，也就是，微调比较器的Vref（稍偏离于0.63V）就可达到目的。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2024-2-9 09:24
1、原型机的那份资料里给出的流程图，仅是最最基本的部分，并没有给出更多的有用信息。

（1）没有介绍 ...

那个0变成1的问题，
并不是太大，
只是简单的一个语句顺序，
是先加1还是后加1调整一下即可。
原型机可能是没有运放，
加上它有一个CAL微调，
从原理上做到所计即所得是可能的。
这些都是无所谓的，
反正用MCU，
当然就发挥MCU的优势了。

ADC的试验，
从我8us脉宽采样的情况来看，
是没有问题的。
我试了2us脉宽的采样，
也是可以采到可用电压的，
只不过并联电容不太方便，
还没来得及进行不同电容序列的量化测试。
即使略有差，
从您2/4/6/8/10......的脉宽序列设置来看，
顶多也就是每档的前三个数，
比如（0.1－0.99uF）档位中，
测量0.01/0.02/0.03uF这三个电容有差，
但也在3%范围内，
以目前的仪表要求的精度，
并不为过。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2024-2-9 09:35
我给出的那2个电容计电路（第一个我没有作很深入的研究），第二个是不需要作偏移校准的。

你看看我的 ...

另外，
上次您说过可能要用带DAC的功能，
我设计了第二版的PCB，
顺便搭载一些其它试验（如PGA113，还有washu想试验的ADS1220）
使用了2.7元的AIR32.

小鬼头

abbey_tom 发表于 2024-2-9 10:16
另外，
上次您说过可能要用带DAC的功能，
我设计了第二版的PCB，

根据近2周的仿真研究，我打算：

1、完全不依靠ADC，也不依靠DAC。

2、pwm的纹波问题，用3级RC滤波（四线版的则用5级RC）可以得到完美解决。只增加少量但很便宜的几只电阻电容。

3、我看了一下daw8所用的内置有比较器的国产ST C8H系列单片机，其单只价钱比我们用的一块运放还便宜。因此，我准备还给出一个使用内置比较器的mcu版本的电路，这样就能省掉价钱相对比较贵的一块运放。

也即是：

（1）目前电路将会给出A、B两个版本，A是使用2块运放的版本，B是1块运放版本（但需要mcu内置有比较器）。

（2）将来的四线版esr表也是这样，A版本使用3块运放，B版本使用2块运放但mcu需内置比较器。

小鬼头

abbey_tom 发表于 2024-2-9 10:09
那个0变成1的问题，
并不是太大，
只是简单的一个语句顺序，

2uS方波跟2uS锯齿波的峰值测量要求，是完全两回事。

前者有2uS的dc电压稳定时间，后者的dc电压是一直急剧上升的，没有一个稳定时间，只有一个等于峰值电压一半的平均电压。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2024-2-9 11:02
2uS方波跟2uS锯齿波的峰值测量要求，是完全两回事。

前者有2uS的dc电压稳定时间，后者的dc电压是一直 ...

尽管如此，
但我还是觉得可以试验，
理论上是这样：
AIR32的ADC最高时钟为36MHz
最快采样时间为1.5个时钟，
也就是最短采样时间为1.5/36＝0.0417us
对于2us的急剧上升的信号来说，
仅占其0.0208，即约2%的时间，
从2us信号的98%时间处开始取样，
取样时间为2%，
得到这2%信号期间的平均值，
虽然采样时间短精度差些，
但也不是说不可用，
否则，AIR32也不会设置这样的采样时间。

jforu

小鬼头 发表于 2024-2-9 10:40
根据近2周的仿真研究，我打算：

1、完全不依靠ADC，也不依靠DAC。

PY32F002A, PY32002B 国产M0+ MCU, 带2个比较器, 0.5~0.6元左右(TSSOP20), 带ADC, 只是性能是不如AIR32F103

jforu

abbey_tom 发表于 2024-2-9 10:16
另外，
上次您说过可能要用带DAC的功能，
我设计了第二版的PCB，

支持打版, 最好RC,不要小于0805.

AIR32F103,哪里有2.7元的,合宙还是3.8元.

abbey_tom

小鬼头 发表于 2024-2-8 23:49
这是机子工作正常的表现。如果测得的电压（或相应的计数值）低于300mV，才是不正常。

这是因为，送 ...

采用上述校准方法可能存在操作不便：
1、每档采用类似68Ω（包括0.68Ω、6.8Ω、680Ω）等中间偏上的阻值没有达到满度，
且这些阻值的电阻不是太好找，
建议使用100Ω、10Ω、1Ω之类的。

2、采用CAL电位器也操作不便，
并且由于各档可能并不能同时工作于标准工作点附近，
每档的电位器可能需要处于不同的阻值，
这显然是无法工作的，
建议采用软件校准的方式
包括零偏及满度均保存于不同的存储器，
测量时结合零偏及满度值计算出最终结果。

3、初步实测二阶PWM滤波后的锯齿波仍不够理想，
使用DAC替代PWM则很舒服。

小鬼头

abbey_tom 发表于 2024-2-10 22:49
采用上述校准方法可能存在操作不便：
1、每档采用类似68Ω（包括0.68Ω、6.8Ω、680Ω）等中间偏上的 ...

1、原型机是使用一只68欧电阻来进行全部量程的cal校准的。

2、我们机子也打算采用原型机这种方法。也就是说，只校准其中一个量程，其他量程依靠器件的“准确”度来获得不错的精度。

你提出的每个量程逐一校准的方法不可取。即使是商品的精密机子，也不会让用户来作这么麻烦的校准，最多也只是在调试阶段，通过这种校准来取得未校准量程的相关数据，最终依靠这些数据来获得更佳的单量程校准效果。而我们的机子不是精密的机子，我认为连调试阶段的全量程校准都可以/应该免掉。

3、我们现在机子只有100个计数，1LSB只有12mV。二级RC滤波对于esr/r模式来说应该已足够，再强的滤波也不会有额外的收获。

你使用adc的方法，允许使用数字信号处理方法（比如测量多次取平均）。而这些数字信号处理方法，本质上也是制造一个滤波器，与电路上采用的强化RC滤波器手段殊途同归。区别在于，一个是在数字域增加滤波器，另一个是在模拟电路域增加滤波能力。

abbey_tom

小鬼头 发表于 2024-2-14 09:51
1、原型机是使用一只68欧电阻来进行全部量程的cal校准的。

2、我们机子也打算采用原型机这种方法。也 ...

实际情况没有那么乐观，
也许我的电路工作不太正常吧（但是感觉也没有什么可调的），
4个档位的0位除100mA档外基本差别不大，
但满度值还是有不少差异的。

icespirit

abbey_tom 发表于 2024-2-14 11:03
实际情况没有那么乐观，
也许我的电路工作不太正常吧（但是感觉也没有什么可调的），
4个档位的0位除10 ...

首先你的layout布线就存在缺陷，看起来似乎很随意，要知道每一根走线每一个元件放置的位置都不是随意而就的，需要综合考虑全盘布局。随意的放置看起来原理都走通，但是实际测试就会出现很多其它问题，当然这是你希望最求品质，你若不最求品质那么也就没有追求可言了