Diy一个LCR，想法、需求与方案(1)

fengxin32 · 发表于 2021-12-14 08:56:48

jsh560 发表于 2021-12-13 23:27
不好意思又打扰你了，这本书找到了，在道格巴巴上面，下载不了，你这有吗？（若没我就花8钱下载咯）谢 ...

这个是ADI的公开文档，你应该去ADI的官网查找。
朋友，你错过了一个宝藏啊！国外的这种大厂，在官网上有大量的技术指南、DEMO供下载。
其中ADI、Ti最多，MicroChip、ST这些差些。至于国产……他们愿意把简略的DS和RM公开都是谢天谢地了。

jsh560 · 发表于 2021-12-14 15:33:24

fengxin32 发表于 2021-12-14 08:56
这个是ADI的公开文档，你应该去ADI的官网查找。
朋友，你错过了一个宝藏啊！国外的这种大厂，在官网上有 ...

感谢你的回复。好的，我记住你的”藏宝图”了

看你了的“基于DLIA LCR” 我想能否以它为蓝本做一个基于DLIA的自动平衡电桥勒，奈何自身理论知识有限，储备不足，目前在搜索资料，楼主有没有建议勒?谢谢

fengxin32 · 发表于 2021-12-14 17:22:09

jsh560 发表于 2021-12-14 15:33
感谢你的回复。好的，我记住你的”藏宝图”了
看你了的“基于DLIA LCR” 我想能否以它为蓝本做一个基 ...

朋友，你看AFE的图，就是所谓的自平衡电桥啊，虽然实际上是个IV。
不管自由轴法还是数字处理，其实模拟前端都是一样的，区别在于正交信号如何产生，信号的采集和求解方式。模拟部分是一致的。

jsh560 · 发表于 2021-12-14 23:14:12

fengxin32 发表于 2021-12-14 17:22
朋友，你看AFE的图，就是所谓的自平衡电桥啊，虽然实际上是个IV。
不管自由轴法还是数字处理，其实模拟 ...

嗯，在你们的帮助下我脑海里面大概有这么一个架构了，现在就打算把收集到的方案原理图弄出来比较下，难点好像那个算法还没理解，简单的像你的是直接测出I,Q计算，但有些是计算了两组I,Q，还有很多路要走吧计划一年看能不能整个明白。谢谢老师指点。

fengxin32 · 发表于 2021-12-15 14:05:56

jsh560 发表于 2021-12-14 23:14
嗯，在你们的帮助下我脑海里面大概有这么一个架构了，现在就打算把收集到的方案 ...

常见的前端都是一样的，处理不同。
常见的有两种形式：
1. 信号源产生两路正交信号，一路激励，一路触发采样切换，分别采样I、Q两个时刻的值。我们一般称为自由轴法。
2. 信号源直接激励，采样后进行数字处理，算法有FFT、LMS、DLNA等等。可以统称dsp。

两种办法在数学上其实是等效的。自由轴法因为对采样速度没有要求，很方便找到高精度高位数的ADC，做到高精度相对容易，而且成本低。dsp对采样速度和计算速度要求都很高，所以成本很大，且手艺不过关很难做到高精度。优点是扫频快且频点密，而且得到的信息比自由轴法多，不限于做LCR，你拿去做个丐版网分都行

。

你是自己感兴趣还是工作需要？工作需要建议直接上AD5933，自己感兴趣可以把信号源、AFE（模拟前端）和采样处理部分分开，一来方便白嫖PCB，再一个可以多尝试尝试。如果是在校的学生的话，还可以深入了解下几种算法。

jsh560 · 发表于 2021-12-15 21:14:31

fengxin32 发表于 2021-12-15 14:05
常见的前端都是一样的，处理不同。
常见的有两种形式：
1. 信号源产生两路正交信号，一路激励，一路触 ...

谢谢你老师，今天我看了LCR自由轴法。了解清楚后我会先打一般来了解，总归是要下手的。
我是兴趣爱好，我私信你了，我介绍了自己的计划。方便的话你看看私信里面。
再次感谢你，在后面调试理解过程中肯定还会请教你和广大网友。谢谢

jsh560 · 发表于 2021-12-15 21:29:20

本帖最后由 jsh560 于 2021-12-15 23:52 编辑

fengxin32 发表于 2021-12-15 14:05
常见的前端都是一样的，处理不同。
常见的有两种形式：
1. 信号源产生两路正交信号，一路激励，一路触 ...

之前的留言删除了，呵呵。。。这是技术贴，我还是后面多向你请教些技术吧。感谢你提到的几种算法，我会一一百度了解。谢谢。

fengxin32 · 发表于 2021-12-16 09:24:38

jsh560 发表于 2021-12-15 21:14
谢谢你老师，今天我看了LCR自由轴法。了解清楚后我会先打一般来了解，总归是要下手的。
我是兴趣爱好， ...

没收到啊？
可以给我发邮件fengxin25@163.com

jsh560 · 发表于 2021-12-16 23:47:11

fengxin32 发表于 2021-12-16 09:24
没收到啊？
可以给我发邮件

嗯，给你发邮件了。谢谢

fengxin32 · 发表于 2021-12-17 21:17:09

焊了一晚上才焊了1/3，用来屏蔽电源部分的屏蔽罩也还没做…… 微信图片_20211217211004.jpg

因为加班太多，这板子画了一个多月，基本属于每天画几根线。唉，乱糟糟的，丝印也没调整好

jsh560 · 发表于 2021-12-17 22:31:29

fengxin32 发表于 2021-12-17 21:17
焊了一晚上才焊了1/3，用来屏蔽电源部分的屏蔽罩也还没做……

因为加班太多，这板子画了一个多月，基本 ...

哇塞，打板回来了哦厉害了，期待进一步好消息！

ou513 · 发表于 2021-12-20 13:50:46

加油，期待放大招啊

fengxin32 · 发表于 2021-12-20 20:58:07

焊好了

，就是没时间调试……

搭配的板子也还没做，先搞个简单的吧，小步快跑，大概目标如下：

1. 验证机械结构，包括单独mSATA和双mSATA。
2. 测试H7 ADC在全差分和单端条件下采样的表现。
3. 测试欠采样和交错采样。
4. 测试在输入信号不同幅值、ADC不同分辨率下，DLIA性能的趋势。

ou513，哪有什么大招哦，我就一个半罐水的野狐禅。
周末啃了一篇相关的论文，首先就被上面做的公式推导给

。
然后发现对高频率处理方式，我的方向是对的，但是方案是错的……而且调节第二信号源的算法，
我原来打算的PID方向都错了

。
最后又发现，我对误差的分析出现了数量级的误差，要达到原定的指标凭我的水平完全不可能……

唉，这就是眼高手低啊，初看觉得简单，越深入越发现难的变态，这时候才发现，怪不得大家都是
用自由轴法做100kHz以下，1R以上范围的LCR。

jsh560 · 发表于 2021-12-21 21:06:02

fengxin32 发表于 2021-12-20 20:58
焊好了，就是没时间调试……

搭配的板子也还没做，先搞个简单的吧，小步快跑，大概目标如下 ...

逆向分析，能把那个原理图搞出来不？大佬

lg676041036 · 发表于 2021-12-22 15:06:14

本帖最后由 lg676041036 于 2021-12-23 13:35 编辑

fengxin32 发表于 2021-12-20 20:58
焊好了，就是没时间调试……

搭配的板子也还没做，先搞个简单的吧，小步快跑，大概目标如下 ...

非常期待第2项测试，但不知采用的基准、运放、电源是用的什么型号？
因为我之前也用过H750的内部ADC，发现了几个问题，芯片是用的Y版本。HAL库也是用的非常早的版本，具体版本不记得了。
我采用的是全差分，基准是REF5025直供H750没加运放，差分运放是AD8139，前级缓冲运放是用的AD706，电源也是用正负低噪声LDO。这配置对于16位ADC来说应该是蛮可以的。采样率是1M。
实现的效果：
1、1M采样16位无任何处理跳动5个LSB（这个记得不太清了因为蛮久了）测量基准。
2、过采样实现20万字下跳动做到3个LSB，大多数时间都是不跳动的。也是测量基准。
以上都是在温度稳定下来后得到的数据，H750温升蛮大。有二三十度温升。
发现的问题如下：
1、线性问题，有些点线性不太好。刚开始只均匀选了十个点发现线性还不错，后面密集测试选几百个点发现有些点位线性度差。（这个问题还勉强能接受，毕竟ADC参数在那里只能这水平）
2、不同温度下重新启动并等待升至同一温度采样同一电压一致性差，初始化ADC时进行了线性校正的。（这个是最恼火的），尝试过保存校正参数启动时恢复也没有用（有可能我这部分程序有问题）。
以上就是我发现的问题，我想知道是程序原因、还是电路原因、或是芯片原因。补充一下：温度是用H750内部温度传感测量。

nikkola_168 · 发表于 2021-12-22 16:13:02

身体第一，量力而行，慢慢来

jsh560 · 发表于 2021-12-22 23:36:05

lg676041036 发表于 2021-12-22 15:06
非常期待第2项测试，但不知采用的基准、运放、电源是用的什么型号？
因为我之前也用过H750的内部ADC，发 ...

你做那个激励信号是多大频率勒？

lg676041036 · 发表于 2021-12-23 13:29:23

jsh560 发表于 2021-12-22 23:36
你做那个激励信号是多大频率勒？

我是单纯测直流电压信号，不是做LCR。对LCR完全不了解。

fengxin32 · 发表于 2021-12-23 21:15:45

lg676041036 发表于 2021-12-22 15:06
非常期待第2项测试，但不知采用的基准、运放、电源是用的什么型号？
因为我之前也用过H750的内部ADC，发 ...

参考是REF2033，输出3.3V和1.65V。ADC前面是OPA4277做的Sallen-key滤波器。
电源手里没有低噪音高抑制比的芯片了，只好在78/79前面加C-L-C的Π滤波，后面塞钽电容。
电源整体是TPS5430降压，LM27313转换成正负8V，再78/79到5V，子卡上还有一级
LC，前级运放是5.5V的，所以还有一级三极管加稳压管转变成正负2.4V。

从你的描述看，H7的ADC性能还是比较挫啊，嗯，13bit可用，那无跳动基本就11bit不到了……

lg676041036 · 发表于 2021-12-24 11:41:23

fengxin32 发表于 2021-12-23 21:15
参考是REF2033，输出3.3V和1.65V。ADC前面是OPA4277做的Sallen-key滤波器。
电源手里没有低噪音高抑制比 ...

很有可能我的测试有问题，不知道是电路、程序还是芯片问题。所以才期待你的测试。特别是我所说的第二个问题不同温度下启动一致性问题，因为相差蛮大的好几十个字。

fengxin32 · 发表于 2021-12-28 16:17:40

勉勉强强应付了一张DEMO

。不过，感觉8成要坑，mSATA座子焊接的时候有误差，很可能插不进去。捕获.PNG

原理图：

SampleTestModel_01.PDF (414.01 KB, 下载次数: 42)

tn905103 · 发表于 2022-1-20 00:00:36

lg676041036 发表于 2021-12-22 15:06
非常期待第2项测试，但不知采用的基准、运放、电源是用的什么型号？
因为我之前也用过H750的内部ADC，发 ...

想了解一下，这些测试该怎么做? 多谢!

jsh560 · 发表于 2022-1-22 14:41:45

TIDA-060029 模块里面用到的OPA2810，BUF634U可不可以用来做更高频率下的LCR勒？比如1M，我看这几个芯片本身带宽很高。

vifuture · 发表于 2022-1-24 20:41:11

我也去找了一下Impedance Measurement Handbook，这个书应该是keysight的，不是ADI的，另外HIOKI也有这样的文章。

fengxin32 · 发表于 2022-1-25 10:33:36

tn905103 发表于 2022-1-20 00:00
想了解一下，这些测试该怎么做? 多谢!

加标准信号，长时间采集，得到大量数据后求方差，或者把数据大小用直方图展示也可以。

fengxin32 · 发表于 2022-1-25 10:37:23

jsh560 发表于 2022-1-22 14:41
TIDA-060029 模块里面用到的OPA2810，BUF634U可不可以用来做更高频率下的LCR勒？比如1M，我看这几个芯片本 ...

可以啊，前端难点在布线上，LCR是单频点工作，测量前还要校准，所以相位补偿都不用考虑。

fengxin32 · 发表于 2022-1-25 10:40:27

vifuture 发表于 2022-1-24 20:41
我也去找了一下Impedance Measurement Handbook，这个书应该是keysight的，不是ADI的，另外HIOKI也有这样的 ...

是的，这是安捷伦的，手误写错了，在给他的邮件中已经重新说明了这个问题。

jsh560 · 发表于 2022-1-25 13:03:58

fengxin32 发表于 2022-1-25 10:37
可以啊，前端难点在布线上，LCR是单频点工作，测量前还要校准，所以相位补偿都不用考虑。

电路中参考电阻Rs是怎么选择的勒？有这个资料吗？

fengxin32 · 发表于 2022-2-13 13:12:49

没想到750的ADC这么差……
也许是没有屏蔽的原因？毕竟电源是DCDC，虽然经过了滤波，但是辐射干扰还是存在的。

armfly · 发表于 2022-2-13 19:15:01

H750 高速采集不启用过采样时，内部ADC性能确实很差。

fengxin32 · 发表于 2022-2-14 09:07:03

14bit模式下，最大跳动接近6lsb，算下来和16bit差不多。可用位数12bit左右，符合《 Getting started with the STM32H7 Series MCU 16-bit ADC》上的说明。无跳动位数大概11bit ，整体来说比较糟糕。
考虑到不同封装的最大采样率，14bit下，其内部采样保持器应该能跑到5MHz，也许可以尝试下开硬件过采样配合欠采样。

这个参数，做LCR，性能大减啊。

何权霸业 · 发表于 2022-2-14 10:25:16

期待大佬作品，我准备用AD5941来做100Hz~200KHz的LCR

fengxin32 · 发表于 2022-2-14 13:12:56

何权霸业发表于 2022-2-14 10:25
期待大佬作品，我准备用AD5941来做100Hz~200KHz的LCR

好东西，是5933的改良版吧，16bit的ADC弥补了5933上12bitADC分辨率不足的问题，如果我去年看见这个芯片，再知道H7的ADC不靠谱的话，我也会用5941来做。

这东西你打算去哪儿买？得捷？估计到手价钱要￥200左右了。

fengxin32 · 发表于 2022-2-14 13:15:19

因为测试结果很糟糕，我已经对最后参数不抱希望。现在主要是不烂尾，顺便验证一些技术。做完后如果还有兴趣，我会改用CPLD+独立的ADC配合树莓派来做。

lg676041036 · 发表于 2022-2-14 21:33:28

fengxin32 发表于 2022-2-13 13:12
没想到750的ADC这么差……
也许是没有屏蔽的原因？毕竟电源是DCDC，虽然经过了滤波，但是辐射干扰还是存 ...

下午刚看到这个测试结果，感觉跳动有点大，但我测试有蛮久了不确定我是否记错，所以下班回来就赶紧找出我以前的板子再测试一下。
板子如下：
H750双通道模拟采样模块.jpg

我的采样率是1M，用的是16位。之前买了一个低噪声基准用15V干电池供电的但找半天没找到，那个基准挺不错，用我的六位半万用表测量几十分钟都不跳动1个字。没办法只好用锂电池试一下了。
用了1000个样本，计算最大、最小值。用的仿真器看数据如下。
锂电池.jpg

短接输入，数据如下。
短接.jpg

短接输入与测量干电池跳动范围差不多，大多是在0x0a-0x0f内。等下如果有时间我做个直方图的程序上传结果。
H750内置ADC最麻烦的就是我之前所说的不同温度下启动一致性差问题。

fengxin32 · 发表于 2022-2-14 22:09:03

lg676041036 发表于 2022-2-14 21:33
下午刚看到这个测试结果，感觉跳动有点大，但我测试有蛮久了不确定我是否记错，所以下班回来就赶紧找出我 ...

我觉得可能有两方面原因：
1. 电源是DCDC降压后再Boots成正负电源，虽然电源线上滤波后纹波很小，但在未屏蔽的情况下辐射干扰比较大。
2. AFE板没安装，现在滤波器入口通过10k连接到1.65V。
周末来吧屏蔽罩做起试试。

lg676041036 · 发表于 2022-2-14 23:51:48

fengxin32 发表于 2022-2-14 22:09
我觉得可能有两方面原因：
1. 电源是DCDC降压后再Boots成正负电源，虽然电源线上滤波后纹波很小，但在未 ...

刚做了直方图，数据量用了186743036个。1M速率连续采样了几分钟发现跳动的确跟你测试的差不多了。
跳动范围有28LSB。
直方图如下：
直方图.jpg

具体数据如下：

直方图数据.xls (21 KB, 下载次数: 9)

lg676041036 · 发表于 2022-2-15 00:04:35

在处理数据的时候又接着测了几十分钟跳动还是跟几分钟的结果一样，跳动范围28LSB。

1280486281 · 发表于 2022-2-16 14:37:03

楼主没用外部ADC吗

fengxin32 · 发表于 2022-2-16 17:31:42

我倒是想用AD4000……单买一片的话要几百

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