高分辨率多斜模数转换器

zhengrob

scoopydoo 发表于 2024-5-3 23:46
分析的很仔细、写的很有耐心！

有一处笔误，U4 应该是 NE5534 不是 NE5532

多谢scoopydoo 指正，确实笔误，应该是NE5534D！

关于这个斜坡放大电路，原作者还是给出了进一步改进的建议。比如补偿电容C15，他认为应该增大到47pF更合适一些（适当降低运放增益带宽）。此外Q2和Q8这2颗NPN三极管Kleinstein认为还是用BAS21H加2颗IN4148更好一些。2颗NPN管是可以正常工作的，但是可能会因为工作点的微小漂移而影响到比较器的动作阈值和ADC采样的动态范围，而最终影响INL。在STM32版的原理图中这2个修改意见都得以实施。

其实在那个长帖子中，每个器件的选型和取值都有谈到过。比如积分电路的这2颗运放的选型，涉及到OPA140、OPA141，OPA145，OPA172，OPA1641，OPA134等一众运放。其实可以有多种组合，对于U11，要选噪声足够低，温飘尽可能的小的精密运放，对于U2要选速度足够快的运放。34401上用的OP27和AD711放到这大致也是可以的。只不过这些上古的运放价格又不便宜性能早已不值一提再让它们出山是没有任何意义的。

电压基准电路部分，LM399输出的7V电压没有做缓冲直接送到MUX做采样基准使用，这种用法确实有一点奇怪。我在刚开始调试板子时读到的电压不稳定就用OP07给7V加了个缓冲，后来调试好了以后也就没把电路还原回去，目前的测试都是带着这个缓冲的。

原理图上针对输入电压做了一个input buffer设计，由3颗运放构成，U12，U18和U19。其实在这一版之前至少还做了另外2 个版本的输入缓冲电路，但都有不太满意的地方。这部分电路稍显繁琐一些，其实就是通过U18和D9（5.6V zener）给U12提供一个浮动的供电电压，电路功能本质上仍然是一个电压跟随器。U12目前只能选用OPA145（I<0.5mA），如果选其他型号的运放很大概率不能正常工作因为D9的支持电流可能最大只有1,2个毫安而已。如果不计较满幅输入情况下那几个uV的误差，这一部分电路就用一颗+-15V供电的运放接成电压跟随也是可以的。

scoopydoo

zhengrob 发表于 2024-5-4 14:10
多谢scoopydoo 指正，确实笔误，应该是NE5534D！

关于这个斜坡放大电路，原作者还是给出了进一步改进 ...

那个二极管选用 BAS21 的目的如果是低反向漏电流的话，似乎 BAS416 是更好的选择。

zhengrob

scoopydoo 发表于 2024-5-4 16:51
那个二极管选用 BAS21 的目的如果是低反向漏电流的话，似乎 BAS416 是更好的选择。

“The BAS21 seems to be a good compromise between leakage and recovery time for the 1 critical diode.”

依照Kleinstein的说法，反向漏电流和恢复速度需要兼顾一下。BAS416速度如何？

scoopydoo

zhengrob 发表于 2024-5-4 17:04
“The BAS21 seems to be a good compromise between leakage and recovery time for the 1 critical dio ...

BAS416 速度肯定比 BAS21 差很多的，它就不是高速开关管！

刚看了下俺手里的库存有好多 BAS28，不过它跟 BAS21 没办法直接比较，规格书里的测试条件不一样的。

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实测了一下手里的两种 BAS28，图中左侧的是在某宝买的，品牌是安世 (Nexperia)，价格是 0.15 人民币/只，右侧的是在得捷买的，品牌是美台 (Diodes)，价格折合 2.5 人民币/只。

测下来两种管子反向漏电特性几乎一毛一样，电压 75V 时漏电流约为 10nA，25V 时约为 6nA， 5V 时约为 6nA。

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再补充一点，左边的管子看起来脏兮兮的是因为俺不小心给掉在地毯上了，好不容易才找到！

再再补充一点，测试时室温约为 22 度。

zhengrob

scoopydoo 发表于 2024-5-4 17:14
BAS416 速度肯定比 BAS21 差很多的，它就不是高速开关管！  

刚看了下俺手里的库存有好多 BAS28 ...

6nA已经很好了。BAS28在这里替代BAS21应该是没问题的。最初作者是用的1N4148，反向漏电流和恢复时间都没什么问题，但是发现温度特性太差了，毕竟4148是经常被用来做温度传感器的，就把它换成了BAS21。

zhengrob

lg676041036 发表于 2024-5-3 11:13
大佬能不能讲讲控制时序原理

后边讲程序的时候我看看能不能讲得清楚 。你可以先看看作者在他帖子的第#385楼中讲到的有关时序的细节。

haj

zhengrob 发表于 2024-5-4 20:00
后边讲程序的时候我看看能不能讲得清楚 。你可以先看看作者在他帖子的第#385楼中讲到的有关时序的细 ...

请教一下，测试的是AVR版本还是ARM版本？

zhengrob

haj 发表于 2024-10-28 17:41
请教一下，测试的是AVR版本还是ARM版本？

都测试过，但最终效果都不很理想。经过几版改动后，我现在用的方案是FPGA+MCP3201，已经离0.1ppm的INL很接近了。也就是与3458A作比对，10V满量程内误差不大于1uV。

qd0426

最近准备修表,有点疑问,这种残余电荷好像和流水线AD原理有点像,但是流水线AD的分级测量,也没看明白这种分级测量之间是怎样无缝衔接分级点的

lidawei1

zhengrob 发表于 2024-10-28 21:22
都测试过，但最终效果都不很理想。经过几版改动后，我现在用的方案是FPGA+MCP3201，已经离0.1ppm的INL很 ...

太牛了！不知FPGA+12位ADC方案，与原MCU方案相比，有什么主要的改进，能使INL达到0.1ppm？

zhengrob

lidawei1 发表于 2024-10-29 10:58
太牛了！不知FPGA+12位ADC方案，与原MCU方案相比，有什么主要的改进，能使INL达到0.1ppm？

本来想发一些较详细的更新帖子，但看起来大家关注度不怎么高也就放下了。简单说一下，avr版的INL能做到0.3ppm，但噪声要高些，arm版的INL一直没做到0.6ppm以下，但噪声可以做到比较低。这里边涉及的因素较多，内置的比较器性能，内置adc性能以及中断的时间精度（针对arm版），以及周边的模拟器件和pcb的走线（guard）等因素对INL都会有显著影响。目前FPGA加外置adc性能最佳，这也是预料之中的。

kailin

zhengrob 发表于 2024-10-28 21:22
都测试过，但最终效果都不很理想。经过几版改动后，我现在用的方案是FPGA+MCP3201，已经离0.1ppm的INL很 ...

牛！0.1ppm INL
大侠一下到8位半了
我手上只有5位半万用表的时候，对DIY高分辨率电压表还挺有兴趣的。买了34401A后就对DIY电压表兴趣没那么大了，感觉1ppm分辨率已经基本够用，还可以连PC软件读到0.1ppm分辨率。

Z@Z

zhengrob 发表于 2024-10-31 11:13
本来想发一些较详细的更新帖子，但看起来大家关注度不怎么高也就放下了。简单说一下，avr版的INL能做到0. ...

期待，出一期详细的更新帖子。

haj

zhengrob 发表于 2024-10-31 11:13
本来想发一些较详细的更新帖子，但看起来大家关注度不怎么高也就放下了。简单说一下，avr版的INL能做到0. ...

期待更新帖子

lidawei1

zhengrob 发表于 2024-10-31 11:13
本来想发一些较详细的更新帖子，但看起来大家关注度不怎么高也就放下了。简单说一下，avr版的INL能做到0. ...

关注度确实不高。
原作中，使用adc测放大了N多倍的剩余电压，加到结果中，感觉这个电压不是很靠谙，可能都是噪声，不知楼主实作中，这个电压可得到多少位无噪声位数？对总结果贡献大吗？