DIY简易LCR终于算是能用了，真不容易啊

scu319hy

dirtyacc 发表于 2024-8-15 20:44
楼主厉害啊，这成本目前最低的公开方案100K LCR了吧

好奇这样DIY干簧管，性能比用模拟开关IC优秀还是成 ...

> 楼主厉害啊，这成本目前最低的公开方案100K LCR了吧
都是瞎折腾，自娱自乐罢了
DIY的成本肯定比大批量要高很多，但好处是可以做一些批量生产不好弄的事。
比如：可以做电阻配对，经过配对，整体的精度会有很大的提升
这个LCR的工作频率其实不止100KHz，极限是500KHz。但精度的稳定性会下降很多。
因为用处不大，所以我也没添加相应的选项(其实只是多一组配置的事)
想做任意频率的扫描也是可以的，但校准会麻烦很多

> 好奇这样DIY干簧管，性能比用模拟开关IC优秀还是成本问题？我看一些中高档手持万用表 LCR也大量使用模拟开关。
用模拟开关的好处是简单，便宜，寿命长。
哪怕是漏电低，寄生电容小的高端模拟开关也比用继电器便宜。

继电器的好处是漏电和寄生电容非常小，导通电阻小。干簧管继电器效果更好。
它最大的问题是贵。哪怕是DIY，7档共14个干簧管，TABAO价也要9块钱。再加上线圈，骨架...
而一个成品的双刀干簧管继电器，TAOBAO价就要十多块。7档就需要上百块了。

但用继电器果是立竿见影的：
我实测一个干簧管的导通电阻只有50mΩ左右，寄生电容只有0.25pF
而74HC4051不导通单路的寄生电容至少有5pF，公共端更达到了25pF，模拟开关还存在非线性问题。

干簧管版本的LCR，开路分布电容约有30pF
74HC4051版本LCR，开路分布电容则达到了80pF以上
保守估计，PCB+运放本身的分布电容有15~20pF
也就是说，干簧管只带来了10pF左右的分布电容
分布电容越小，测量高阻抗器件的精度也就越高

> 有没有测试过屏蔽对指标的帮助？
屏蔽非常重要。不做屏蔽，高阻抗完全没法测量。测量频率低时，工频干扰影响很大。
比如1MΩ的电阻，不屏蔽的话，读数只有1~2位稳定。而良好屏蔽时则有5位以上读数稳定

scu319hy

重新实现了“真”开路清零，之前的版本其实只是个相对值。
对于高阻测量的精度有了质的提升。

1KHz下：
10MΩ测量的精度有了非常大的提升，之前版本的误差超过10%

100MΩ在1KHz下也有了比较高的精度，之前版本完全不能测量


100Hz下：
500MΩ的精度达到了非常高的水平

1GΩ也具备了可用的测量精度


即便是使用模拟开关的版本，原本最多只能测量10MΩ(100Hz)
现在100Hz下100MΩ的精度已经不错了，500MΩ也能达到5%左右的误差
1KHz下，原本连1MΩ测量都不可用，现在测量10MΩ非常精准，100MΩ的精度也有2%~3%

但对于10Hz来说，由于其测量/清零结果稳定性比较差，计算出的结果稳定性比100Hz差很多，精度也差很多。
以目前的情形看来，似乎可以不要这个测量频点了，价值不太大

目前的问题是，设备在不同的温度，湿度下(感觉这个影响比温度还大)，其分布参数(主要是分布电容)比较不稳定。
要热机很久(>10分钟)以后，才会变得稳定。
稳定后清零，重启后会有一定的偏差。冷开机时，这个偏差能达到0.2pF~0.4pF。
重新进入稳定状态后，不能完全清零。通常有约0.05pF左右的偏差。
其最大影响就是100MΩ以上电阻的测量精度会下降，需要重新清零才能恢复精度。

润吉地

即使厂机也建议开机半小时后测量，已经很好了。应该在提高最高测试频点和扫频方面下功夫

lidawei1

scu319hy 发表于 2024-8-16 01:38
重新实现了“真”开路清零，之前的版本其实只是个相对值。
对于高阻测量的精度有了质的提升。

不错，精益求精！
请问“真”开路清零和”之前的版本“的区别是什么？使 精度有了质的提升是什么原理？
另外，有出套件吗？

scu319hy

lidawei1 发表于 2024-8-16 10:27
不错，精益求精！
请问“真”开路清零和”之前的版本“的区别是什么？使 精度有了质的提升是什么原理？
...

参考如下电路

R_DUT1是待测的1MΩ电阻
C_DUT1是待测电阻上的分布电容(主要是连线，测量夹具的影响)
这是理想的简化模型，只要能准确测量n001处的电压，就可以根据Ref2计算得到C_DUT1和R_DUT1的具体数值

但实际的测量电路本身就会有分布参数，如下半部分
C1/R1/L1是对分布在器件/PCB上的所有寄生参数的等效模型
其中C1/R1是比较明显的，L1在高阻抗测量时可以忽略
这些分布参数相当于并联在C_DUT/R_DUT两端

实际测量时如下图所示：
红色的曲线是理想情况
绿色的曲线是实际情况
可以看到，随着频率升高，系统的分布参数对测量结果的影响变大
分布电容/漏电越大，影响就越大


之前的版本比较粗暴，只是单纯减掉了寄生电容C1得到一个相对值。
这对于测量小电容的容量是有效的。只是其D值会变得没有意义。
测量大电阻时，这个误差会非常大。频率越高，偏差就越大。

最新的版本则是减掉了开路时的电导和电纳。
这样一来，计算出的幅值和相位都会得到修正。
理论上消除了C1/R1/L1对测量结果的影响。
但由于测量精度/参考器件(不同参考器件的分布参数不同)的影响，很难完全修正。
所以，目前我只修正了高阻测量时的开路分布参数。低阻测量未做修正。
但低阻时的影响比较小，整体的精度还是可以保证的
目前还在考虑做优化，固件后面会更新。

出套件目前没有打算
如果有采购渠道，批量采购，这套东西的物料成本可以做到50块以下
大规模生产，绝对可以做到100多块的卖价
但让我出套件，算上人力和时间成本，200块一套我都干不下来

scu319hy

润吉地 发表于 2024-8-16 06:45
即使厂机也建议开机半小时后测量，已经很好了。应该在提高最高测试频点和扫频方面下功夫

有此打算，但还需要花点时间
测试频率太高时，精度可能会比较差
另外，为了省事，现在MCU在测量时不会修改时钟，只改变了采样时间。然后手动实现了过采样。
但如果要测量更高的频率，需要把时钟改高。
这样就需要重新校准。逻辑会复杂一些，也可能会引入一些其它的未知问题。

jimtien

100kHz 的优势可以尽可能地发挥一下，小电容、小电感能测到多少？

scu319hy

jimtien 发表于 2024-8-16 14:26
100kHz 的优势可以尽可能地发挥一下，小电容、小电感能测到多少？

目前我的实现，100KHz并没有啥优势可言。
1KHz下已经可以分辨0.01pF和10nH的变化了
电容档的极限设置在了0.01pF，所以10KHz和100KHz也还是只能分辨么到这个程度。小电容在10KHz档的稳定性要好些。
10KHz下，电感可以分辨1nH的变化。小电感的测量，100KHz的精度会好一些。
在这个尺度，随便一点引线长度/位置变化都会引起测量结果的变化。
感觉没必要再提升分辨率了，业余条件下也很难提升。

lidawei1

scu319hy 发表于 2024-8-16 13:09
参考如下电路

R_DUT1是待测的1MΩ电阻

图文并茂，清晰明了！
不出套件可惜了..

jimtien

scu319hy 发表于 2024-8-16 14:47
目前我的实现，100KHz并没有啥优势可言。
1KHz下已经可以分辨0.01pF和10nH的变化了
电容档的极限设置在 ...

相当好了！
没看到用卡尔文鳄鱼夹测试，不知道怎样？

nop

大佬，出个 stm32h750 版本的，我买了几块在吃灰啊。
只接出显示和测量的线放在铁盒子里会不会屏蔽得更好
加个 测电池内阻的功能 ，再加个 脉冲式数字ESR表 这样的功能，一物多用
http://www.crystalradio.cn/forum ... &extra=page%3D5

scu319hy

jimtien 发表于 2024-8-16 18:18
相当好了！
没看到用卡尔文鳄鱼夹测试，不知道怎样？

用不着开尔文测试夹，你看夹具的结构就明白了。

只有板子上50mm的内层走线，铜片高度20mm。
应该比TAOBAO上大多数的开尔文测试夹效果好得多。

scu319hy

nop 发表于 2024-8-16 18:57
大佬，出个 stm32h750 版本的，我买了几块在吃灰啊。
只接出显示和测量的线放在铁盒子里会不会屏蔽得更好: ...

> 出个 stm32h750 版本的，我买了几块在吃灰啊。
有想过做750版本，能用16位的ADC。
不知道能有多大的改善，估计好不到哪儿去。
目前没有太多动力干这个事，手上的版本都还有提升空间。

> 只接出显示和测量的线放在铁盒子里会不会屏蔽得更好
用铁盒屏蔽自然效果很好。
我目前的屏蔽效果也还可以。只是在低频测量时，可以观察到明显的周期性波动。
波动的周期有10秒左右，目前还没有分析出具体的原因。
打算找个铁盒装起来测量，还没找到适合的

> 加个 测电池内阻的功能
有考虑过要添加测量电源内阻的功能。只要加个直流隔离就可以了。
目前的想法是通过外置附件的方式来支持这个功能。还在规划中。

> 再加个 脉冲式数字ESR表 这样的功能
LCR本身就是交流测量，可以比较精确的测量 等效串联电阻 = Rs = ESR
没必要再用脉冲的方式去测量

scu319hy

今天测试了一下LCR的噪声，测试速度2。
(注：速度0~32，0最快，32最慢)

10Hz下有明显的周期性噪声，大小约为0.02%到0.05%。
原因未知，整体放在铁盒中测试不改变测试结果，应该不是外部噪声。
100Hz, 1KHz，10KHz在大多数场景下噪声都小于0.01%
100KHz的噪声大不少， 猜测可能的影响因素如下：
1. 因为采样速率高，这个档位没有过采样
2. ADC采样时间短
3. 受元器件的性能影响





















补充内容 (2024-8-17 21:43):
测量20K电阻
把100Hz, 1KHz, 10KHz的噪声数据放大了100倍后对比
100Hz < 0.005%
1KHz   < 0.0005%
10KHz < 0.0012%
按这个噪声1KHz下可以稳定输出5位的读数

jimtien

PCB 导入立创eda（专业版）后，一切正常，就是元件位号不显示也无法选中，位号的定位十字能看到，有人知道怎么办吗？