С нетерпением жду...
А вот скромничать не надо. Судя по вашим исследованиям, прибор должен быть лучшим из любительских, опубликованных на сей момент.

Видно, что проделана большая работа. Спасибо, что поделились. Есть пара вопросов.

1. Выход DAC в принципе не может быть за пределами от 0 до 3 В (питания F303). IC1 - повторитель. Почему надо разделять конденсатором и сдвигать на 2.5 В? Не проще напрямую? Rail to rail на 5 В много и не дорого.

2. Не пробовали честное двухполярное питание +/- 5 В? Казалось бы, сильно упростило бы конструкцию.

Разница постоянной составляющей напряжения на X1-1,X1-2 и X1-3,X1-4 должна быть маленькой. Так как у меня IC1 и IC3 питаются из одной точке, то смещение получается меньше 100 мкВ, что очень хорошо.

С Rail-to-rail режимом мучался, долго мучался. В конце концов настроил все так, чтобы ни один из усилителей не заходил на Rail-to-Rail участок! Ибо там начинаются нелинейные искажения, и систему невозможно откалибровать на всем диапазоне.



Да, двуполярное питание - это очень хорошо. Оно бы не только упростило конструкцию, но и позволило бы использовать весь входной диапазон ADC. Сейчас у меня на входе ADC сигнал от 1.6 до 3 Вольт. (Чтобы Rail-to-Rail не включался.)
Но это должно быть низкошумящее питание. Если хочется батарейного питания - то есть несколько вариантов:
- импульсный конвертор на основе катушки индуктивности
- конвертор на переключающихся конденсаторах
- конвертор на переключающихся конденсаторах с подавлением помех (там два конденсатора в противофазе переключаются)

- катушка индуктивности - это очень жесткий источник помех, он отпадает сразу
использовал в другой конструкции MCP34063A, эта хрень даже микропроцессор может перезагрузить, а уж о помехах на аналоговую часть лучше умочу
- простой конвертор на переключающихся конденсаторах тоже шумит достаточно серьезно и к томуже имеет очень маленькую нагрузку по току
теоретически можно было-бы использовать, но надо подобрать такой, который больше 15 мА тянет и обвешать со всех сторон фильтрующими конденсаторами и индуктивностями

- конвертор на двух переключающихся конденсаторах с низким уровнем шума - это крутотень, но к сожалению не смог купить, поэтому забил на такой вариант схемотехники

Если хочется батарейного питания, есть еще один вариант - 2 батарейки. Но для "серьезного" прибора с хоршей точностью, может быть, автономное питание не вопрос жизни и смерти. IMHO, естественно.

Да, везде компромиссы. Если бы я делал "серьезный" прибор, то вставил бы внешнее высокоскоростные ADC 16 бит. Вместо DAC использовал бы внешний DDS синтезатор. Отказался бы от I/V конвертора. А переключения ресисторов делал бы используя реле высокочастотные

А тут непонятно. Почему? Все широко известные RLC метры с точностью 0.05% вроде ими пользуются?

Вот смотри - на входе у меня стоит AD8221 инструментальный усилитель, у него Common Mode Rejection Ratio = 100 dB на частотах ниже 1 КГц и плавно снижается до 70 dB на частоте 100 КГц.

На низких частотах этого более чем достаточно, чтобы снимать показания напрямую с резистора.
На высоких частотах все равно I/V конвертор виртуальную землю держит неидеально.
По ощущениям без него было-бы лучше. Но тут пока не спаяешь - не узнаешь
Пробовал частоту 375 КГц - там он уже точно не помогает.

balmer, полностью не читал тему, поэтому может в невпопад.
Дарю идею. Для питания во время измерения использовать относительно высоковольтный накопительный конденсатор с линейным стабилизатором на выходе. Остальное время как заблагорассудится. Для заряда конденсатора (-ов) можно использовать любой преобразователь.

Случай резистора среднего сопротивления рассматривать не очень интересно. Интересно крайности. Очень маленький резистор (индуктор) - одна крайность. Очень большой резистор или маленький конденсатор - другая.

В случае очень маленького резистора ток померять легко. И догадаться тоже: выходное напряжение делить на выходной резистор. А мерять напряжение поможет замечательный инструментальный усилитель. Виртуальная земля не обязательна.

А если десятки мегом или пикофарады? Вроде бы IV преобразователь очень уместен, нет?

Я не спорю а спрашиваю, поскольку сам вопрос особо не изучал, но все известные мне приборы построены по такому принципу.

Вопрос про конденсаторы важен. Проблема измерения мелких конденсаторов - в помехах с эфира.
Начну издалека. Большую часть времени живу в городе. Но на выходные уезжаю "на дачу", где нет пока даже электричества.
В городе настолько жестокие помехи, что можно SMD светодиод одной стороной подключить к метровому проводу, а другой дотронуться до человека, и он будет слабенько светиться. В деревне помехи существенно ниже, эдак на 30 dB.

Вот измеряем скажем емкость порядка 1 pF в городе. Даже с правильными щупами, где крокодилы подключены к заземлению, а сигнал снимается с маленькой площадки - результаты сильно зашумлены. Приходится класть прибор на жестянку, подключенную к заземлению прибора.

Вывод: нужен широкий динамический диапазон.

Как решаются такие задачи - можно подглядеть в "антенных анализаторах" которые тоже измерители комплексного сопротивления, но на более высокий диапазон частот.

AD8221 - у него входное сопротивление около 1 GOm 2 pF - это лучше, чем у применяемого мной I/V преобразователя.



Я тоже не очень большой специалист, но рассмотрим такую входную часть:


В случае малых сопротивлений R1 = 100 Ом - опорный резистор, R2 - измеряемый резистор малого сопротивления. На Out1 будет естественно не чистый ток, но там все легко определяется программно.

В случае больших сопротивлений R1 - измеряемый резистор больших сопротивлений, R2 = 100 КОм - опорный резистор.
Такой вариант подходит как для низких так и высоких частот.

Нужны низкие шумы, например TPS60241 или аналогичные ZERO-RIPPLE SWITCHED CAP преобразователи.
Ну или обычный на переключающихся конденсаторах, но аккуратненько изолированный LC цепочками и с правильной разводкой.

Как я понял, предложена идея отключать преобразователь на время измерения. Если скажем 0.33 Ф ионистор зарядить до 5 В любым способом, например charge pump, управляемый от процессора, и вуключить на время собственно измерения, то до 4 вольт он будет разряжаться 10 секунд при токе 30 мА, так? Должно хватить для питания операционников.



Понятно, что можно мерять напряжение на резисторе "сверху", а не в цепи ОС IV преобразователя. Но только пререключать резисторы надо реле, а в случае традиционной схемы IV преобразователя два CMOS ключа делают почти щуп имени Кельвина.

В весьма толковой статье (http://cp.literature.agilent.com/litweb ... 0-3000.pdf) вроде утверждается, что для низких частот метод с виртуальной землей оптимален. Наука, естественно, движется вперед, а технология - еще быстрее. Может за счет быстрых DSP все поменялось, но интересно разобраться.

Да любопытный вариант, и ведь что главное полностью рабочий




Да, все так. На низких частотах виртуальная земля хороша. А на высоких плоха. Так что вопрос, с какой частоты будет плохо. На частоте 100 КГц она еще более-менее работает. А вот на частоте 200 КГц уже начинается проблема с задержкой фазы и стабильностью. Там уже начинают паразитные емкости потихоньку влиять. Так что думаю взяв более высокочастотный усилитель получим самовозбуждения, но не улучшение параметров.

Интересно бы узнать - какую точность обеспечивает RLC-2 при измерениях.

Боюсь этого не знает никто, поскольку прибор не промышленый, а в разных исполнениях разброс деталей может отличаться на порядок.
Есть немало приборов с точностью 0.05% с опубликованными схемами. Естественно не на краях диапазона.

Видимо, 100 КГц и есть та частота, до которой следует идти методом IV. Кстати Neekeetos предложил вариант на двух операционниках, обеспечивающий очень достойные параметры на доступных NE5532. Порядка 80 дБ подавления очень неплохо. Втоая половинка (частично) компенсирует фазовый сдвиг с ростом частоты.

Да. Мне бы обеспечить стабильную точность лучше 0.5% и я бы радовался.
Затык совсем небольшой - надо как-то откалибровать MCP6S21 для разных коэффициэнтов усиления с точностью лучше, чем 0.2%
Причем до частоты 80 КГц у него практически ровная характеристика усиления, а потом начинается небольшой горб усиления и сдвиг фазы.

Проблема в том, что точность 0.2% не так-то просто обеспечить на 12-ти битном ADC. 1-2 бита теряются из-за недостаточного размаха сигнала, еще 1-2 бита теряются из-за шумов. И вот вам результат - там где звезды сложились хорошо, точность около 0.2%, но есть места где точность хуже 1%

Ничего, есть еще варианты, как изменить процедуру калибровки прибора!

Учитывая что за счет усреднения сотен или тысяч отсчетов ADC мы набераем дополнительные биты, рискну предположить что разрядность ADC - не главный фактор влияющий на точность. Шумы, наводки, нелинейность, взаимопроникновение каналов...

Не все так гладко. Я легко могу представить как при помощи большого количество сэмплов можно бороться с шумами. Даже легко могу представить как при помощи ditering добрать несколько бит за пределами диапазона. Но вот систематические погрешности это не убирает никак. Собственно говоря все как и описывали нам на первом курсе в Университете

А вопрос именно в систематических погрешностях. Вот скажем откалибровали мы резисторами 100 Ом и 1 КОм края самого безпроблемного участка диапазона. У меня получается точность порядка 0.1% на краях. А в середине диапазона при 300 ом уже точность около 1%

Немного пояснений.
Дело в том, что калибрую резисторами 1 Ом, 10 Ом, 100 Ом, 1 КОм, 10 КОм и 100 КОм. Этого недостаточно, чтобы на всех коэффициэнтах усиления получить "идеальный" уровень сигнала.
Надо либо ввести для калибровки коэффициэнтов усиления резисторы 200, 400, 600, 800 Ом. Либо таки извернуться, и изменяя амплитуду сигнала с DAC таки сделать максимальную амплитуду для разных коэффициэнтов усиления на одном резисторе (например 100 Ом). DAC кстати очень нелинеен, поэтому когда уменьшаем амплитуду в 2 раза, получаем ошибку в 1% по амплитуде. ADC сильно линейнее, там ошибка ближе к 0.1%

Именно, алекс прав в этом. У тебя схема полный швах в плане баланса каналов и стабильности . Уже два разных канала ацп дают приличную ошибку порядка десятых процента, а тут еще усилители, пга, пассивные элементы. Даже если удастся замкнуть оба канала на входе и откалибровать, все равно при изменении температуры это все уплывет, учитывая виртуальные земли и прочую бороду, по моему, даже тогда ничего поделать не удастся.


Калибровка это вообще не про то, оставь ее до момента когда у тебя схема обеспечит нужные параметры, пока я думаю вся ее динамика и без того никакая уничтожена проникновением между каналами по питанию и опоре, плохим подавлением синфазного сигнала на оу. Этож смешно "мерить" 300к+ на которой дифусилители не обеспечивают своего небольшого КУ(~4), а подавление синфазной составляющей менее 20дб(На 100к кстати говоря картина примерно такая же нехорошая )

Согласен. Но к ним разрядность ADC вроде отношения не имеет. Систематическая погрешность состоит из сдвига нуля (AKA offset), ошибки масштаба (gain error), и нелинейности. В приведенном примере, если на краях диапазона все в ноль откалибровано, то ошибку посередине даст только нелинейность. Не так ли?

Да нелинейность. Но не все так просто. 1 КОм в 10 раз больше 100 Ом. Поэтому они измеряются на разных коэффициэнтах усиления. Ошибка от калибровки коэффициэнта усиления складывается с ошибкой от нелинейности.

Впрочем пожалуй последний вариант калибровки меня более-менее устраивает. Вот например как выглядит измерение сопротивления 1.016 МОм в зависимовти от частоты:


В точность 0.5 % к сожалению не укладываемся. На частоте в 100 Гц я так подозреваю, что 50 Гц влияют плохо от сети. С пиком на 3 КГц я еще поборюсь. А плохое измерение на 190 КГц - это уже проблеммы с I/V конвертором. Дальше - хуже, поэтому более высокие частоты и не измеряю.