И как ЭТО применить к данной задаче?

Сложновато, да и не зачем. Вполне MCP6022 справляется, похоже для упт при такой частоте опроса достаточно.

В том-то и дело, что мне нужно быстрей - mcp6022 сгладит индуктивный выброс (если он будет), а я хочу его видеть. AD823 успевает прекрасно, но грязи много. Но можно попробовать один каскад с большим усилением, скажем 15/200 и посмотреть что из этого выйдет

Goodefine-у от меня благодарность хоть кто то проверил на практике мои изыскания а то небось думали что я тут сказки рассказываю.

, думаю это не верный выход, так как полоса пропускания ОУ линейно падает с увеличением Кус. Там не спроста все сделано на двух каскадах. Тогда нужен оу со скоростью больше 100V/uS
Вот тут хорошо рассказано о многокаскадном усилении:

https://www.youtube.com/watch?v=ZvT9hHG17tQ

Еще можно найти малошумящие резисторы, они ведь тоже вносят свой вклад в шумы.
например такие http://www.welbornelabs.com/cat/vdale.htm

Жду когда придет OPA2140 он лучше чем AD823 по всем параметрам и в 4 раза менее шумный

И правда, хоть шум одного каскада и меньше, полоса никудышная. Промоделировал в микрокапе. Картинка прикреплена. Сигнал/шум для 1mv, 5mV, 25mV, 125mV. Также есть шум Vrms. Сначала пара графиков для 1-го ОУ, потом для двух. Жаль нету модели opa2140, но есть похожая opa2132 - с ней Vrms = 1.5mV на 1 Мгц. Есть еще вариант первоначальный усилительный каскад на дискрете сделать.

Очень неплохие результаты в модели показывает AD812, на одном каскаде с усилением k=130, можно и больше, тогда даже полосу не придется ограничивать исскуственно (до 1Мгц):

Характеристики в аттаче. На двух каскадах тоже гораздо лучше чем AD823, но по соотношению сигнал/шум по сигналу 0.010мВ (10мА*1мОм) вытягивает только в полосе до 50 кГц. Стоит он немногим больше чем 823-й.

Goodefine, хорошая работа.

Не удивительно что AD812 ведет себя лучше, у него нет полевиков на входе. Но он совершенно не годится из-за большого смещения - 2мв а главное из-за сильного дрейфа - 15мкв/C. Это при Кус 173 - 26мв на 10 градусов
opa2132 во всех отношениях кроме шума лучше.

На самом деле, это не видится большой проблемой - при заряде током 10мА цепи с сопротивлением близком к нулю, 2 мВ на входе на измерительную цепь влиять не будут. А то что 0.3В на выходе не страшно, чуть меньше динамический диапазон, но в реале, он и так не сможет быть использован на полную при миллиомах. А выше он и не слишком нужен. ИМХО, в данном применении это не критично. Температурный дрейф - делаем калибровку по замкнутым щупам и все. Придется делать чуть чаще чем хотелось, но тоже не критично - можно на ОУ радиатор налепить. Кроме того, у меня предусмотрен резистор 1 Ом, включаемый полевиком для калибровки. Или я чего то не вижу?
ЗЫ. При наличии калибрующего резистора, вообще не важны абсолютные значения тока (точность установки) и коэфф. усиления. Там почти все плавающее сокращается. Даже дрейф питания в случае чисто батарейного - без стабилизации питания, а вместе с ней и дрейф тока источника - если опору брать от батареи. Забавно смотреть, как уходит ток и питание, а показания стоят. Остается только низкочастотный дрейф. Но при времени измерения порядка десятков миллисекунд, тоже есть способы с ним бороться - делая калибровку перед каждым измерением автоматически. Чтоб полноценно это реализовать, правда понадобится сделать измерительную цепь отключаемой - еще один полевик...

Некоторые очень ориентировочные выкладки по выбору ОУ и коэфф. усиления.
Поскольку с увеличением Ку растет и шум, нет смысла бесконтрольно увеличивать усиление с целью уверенного распознавания долей мВ. Обычно для этого повышают разрядность АЦП, что дает возможность обойтись меньшим Ку.
Исходные данные - желаемое разрешение 1мОм, максимальный измерительный ток 10мА, 12 бит АЦП (реальные), опора от батарейки cr2032 (в среднем 2.86В).
Минимальный измеряемый квант напряжения 2.86/4096=0.7мВ
Минимальное распознаваемое напряжение 1мОм*10мА=10мкВ
Минимальный Ку 0.7мВ/10мкВ=70 (его нужно увеличивать, пока позволяет шум и полоса)
С шумом несколько интереснее - белый шум имеет гауссовское распределение. Принято считать, что мгновенное значение шума с вероятностью (без нее никак)) ) 0.997 лежит в диапазоне +-3сигм, где сигма - действующее значение шума. Следовательно амплитуда - это 3*Uшума, размах - 6*Uшума. Наглядно это видно в случае с AD823, по модели скз шума около 2.6мВ. Тогда размах - 2.6*6=15.6мВ с гауссовским распределением, которое хорошо видно по интенсивности свечения луча. Схождение с практикой, практически, идеальное.
Выше было сказано, что амплитудное значение шума должно быть около 1LSB для возможности передискретизации. Т.е. 3*Uшума < 1LSB=0.7мВ, следовательно СКЗ шума нужно не более 0.7/3=0.23мВ. Отношение сигнал/шум, в пределе (амплитуда шума равна амплитуде сигнала) не хуже SNR=10lg(3*Uшума/Uсигн)=10lg(3)=5dB. Но лучше иметь SNR более 8dB.
Коэфф. усиления и ОУ теперь можно выбирать из моделей, так чтобы в полосе 1МГц, величина СКЗ шума и SNR для сигнала 10мкВ находились в допустимых пределах. Как видно из вышеприведенных графиков, AD812 практически идеально подходит по шуму и полосе при более чем достаточном Ку.
При реальных 12 бит АЦП еще есть возможность путем передискретизации повысить разрешение, а, следовательно, и стабильность распознавания 1мОм.

Применительно к данному прибору (10бит, 5В опора), очевидна необходимость, минимум в эквивалентных 13 битах. Схожий расчет показывает, что для кванта 5/1024 = 4.88мВ, минимальное U сигнала 0.010мкВ*(2^3)=0.080мкВ, минимальное усиление 4.88/0.08=61, СКЗ шума < 4.88/3=1.63мВ, SNR тот-же при сигнале 80мкВ. Если будет возможность получить усиление вдвое больше минимально необходимого (по допустимому шуму), то хватит и 2 бит передискретизации, но SNR надо будет смотреть по 40мкВ и т.д. В общем, смысл примерно такой..

ИМХО точнее 6*Uшума <= 1LSB=0.7мВ; СКЗ шума нужно не более 0.7/6=0.12мВ так как весь шум смещен в положительную область.
10*lg(6)=7,8dB
думаю это чересчур. Прибор не того класса что бы так изощряться. В smt32 есть к примеру встроенный ИОН. Или применить внешний высокой точности
В остальном вроде все верно.
Было бы весьма шикарно перевести измеритель на 12ти разрядный ацп с передискретизацией до тринадцатого разряда и снизить Кус усилителя до 100 например.
теперь считаем какая максимальная шумность должна быть у ОУ. Полоса 1мгц , Кус например берем минимальный - 70
0,12мв/(sqrt(10^6)*70) = 1,7nV так что AD812 не катит имхо

В общем, условие непревышения шумом напряжения квантования:
Без передискретизации

6*Uшум-оу*sqrt(F) <= Uмин-вх где Uшум-оу паспортное значение СКЗ шума ОУ, Uмин-вх = 10uV

С передискретизацией
6*Uшум-оу*sqrt(F) <= Uмин-вх*2^n где n число разрядов передискретизации

Смещен то он смещен, но "середина" его (0) находится на линии сигнала, т.е. колебания измерений будут осуществляться в обе стороны от реального. Если это не так, то усреднение бы не работало и надо было бы отнимать еще половину шума, а это не так. Да и любое смещение это просто аддитивный сдвиг, он не должен принципиально ни на что влиять. Его делают только для удобства последующей обработки. А удвоение коэфф. именно принципиальный шаг. Представьте систему без сдвига и двуполярный АЦП... и ничего не поменяется - объективные вещи не зависят от наблюдателя. Потому, имхо, тройка правильный коэффициент.


Если нет стабилизатора питания - при батарейном питании это роскошь, то стабилизированная опора это вред. На самом деле, с батарейкой получаются одни плюсы: нет преобразователя, а значит и помех от него. Все упрощается. Ток зависит от питания линейно, поэтому при подсаживании батарейки, уменьшается и ток (источник питается от той же батарейки), но все взаимокомпенсируется через связанную опору. Достаточно измерить смещение нуля и сигнал на выходе при протекании тока через резистор 1 Ом для каждого из диапазонов усиления ОУ. И, пожалуй, все - результат будет зависеть от результатов преобразования и калибровки. Там даже не участвуют Ку, токи, опора.
Будете смеятся, ИОН есть, но опереться на него нельзя - только измерить и таким образом откалибровать свою опору. В 8L так, насколько помню и 32-х тоже. Габариты к тому же (например фото в аттаче, stm8l, 12бит АЦП). Даже на 823-м, при Ку=55, показания стоят, но недолго - есть характерное плавание - фликер 0.1-10 Hz, от него уже никуда не денешься -придется автоматически перекалибровывать смещение нуля перед каждым измерением, для этого даже не надо отключать измерительную цепь. Есть один маленький нюанс - когда измеряем смещение нуля, тока нет и опора немного другая, чем при калибровке по резистору (меньшая просадка на внутреннем сопротивлении), в итоге измерение будет несколько неточным. Чтоб это исправить, нужно измерять отклонение опоры в каждом случае с помощью внутреннего ИОНа и вносить поправку. Ничего сложного нет, нужно только это учесть.



С учетом коэфф. 3 а не 6, впритык (3.5nV/Hz^0.5), но проходит. Кроме того там гауссовское распределение, так что самые верхние значения не слишком критичны, их вероятность не высока. C одним AD823 при 0.45мВ СКЗ показания практически не скачут (Ку примерно 55), чего уж за AD812 говорить. Думаю, катит ))



Все так, кроме коэфф-та, имхо.

коэффициент - 6 я писал для случая если нет усреднения. При хорошем усреднении (фильтрации) шумы можно вообще подавить. Например делать 32 заряда/разряда конденсатора подряд.

правильно ли я вас понимаю, у вас одна батарейка на питание и другая на опору?? Схемку бы...
то есть от источника тока вы вообще от отказались?
В последней модификации прибора автором введен анализ нелинейности заряда конденсатора что бы измерять утечку диэлектрика что имхо возможно только если сам источник тока не вносит нелинейность то есть близок к идеальному. У вас ток будет не только от питания зависеть, что будет компенсироваться изменением опорного напряжения как вы правильно заметили но и от напряжения на конденсаторе. Правда заметно это будет только при малых емкостях.
вот это не очень хорошо...
Все таки лучше питание застабилизировать имхо, ведь наша цель не упрощение а получение максимальной точности и стабильности измерения. Внутреннему ИОНу МК я не склонен доверять.
Поделитесь прошивкой для экспериментов?

Это не зависит от наличия усреднения - его я привел как пример того, что шум отклоняется в обе стороны от сигнала в любой области, поэтому ошибка не должна превышать 1LSB которое равно 3Uш_скз. Т.е один разряд вверх и один вниз. На требования по шуму это влияет существенно, потому ошибка в этом параметре (3 или 6) недопустима. Думаю что нужна тройка, но на 100% не уверен. Если требования 1LSB по модулю - то 6, если +-1LSB то 3... Кстати, по модели скз шума 812-го при Ky=70 около 0.15мВ, что гораздо меньше чем 3.5*1000*70=0.25мВ по простому расчету. Так что тут не все однозначно.


Схема пока не в окончательном варианте, вносятся изменения, но очень похожа на схему данного прибора в аналоговой части измерителя ESR, за исключением того, что нет стабилизаторов и преобразователей. Есть калибровочная цепь. Одна батарейка - МК, источник тока (я от него не отказался, так что напряжение на конденсаторе не будет влиять, и изменятся в течении цикла заряда ток не будет, поскольку за такое короткое время батарея не изменит своего напряжения - да будет скачок в самом начале, при включении источника за счет просадки на r внутр., но он будет постоянный на всем цикле одного заряда. Но сам ток зависит от питания, в варианте этого прибора), +ОУ, дисплей, опора (все плюсовое, короче). Вторая - минус питания ОУ.



Это не хорошо и не плохо, это данность. Делается автоматически и незаметно для пользователя. В любом случае дрейф будет и его надо убирать. Если это можно делать безболезненно, то почему бы и нет - всяко лучше чем крутить резисторы периодически. Тем более с 812 и его 15мкВ/С



По иронии судьбы или некоторому стечению обстоятельств, оказывается что если стабилизировать опору (потери), то надо стабилизировать и питание ИТ (еще потери), то экономичность снижается, габариты увеличиваются, а точность не улучшается - стабилизированные источники относительно друг друга будут дрожать и плавать. Внутренний ИОН достаточно стабилен, единственно его абсоютное значение надо откалибровать, что делается на заводе путем записи калибровочного коэфф. в определенную ячейку, но не всегда, как оказывается на практике. Поэтому максимум потребуется определить поправочный коэфф. для каждого экз. Хотя нам абсолютное значение и не надо. МК. Но ИОН нужен в случае незначительной поправки, даже если ее не делать, это большой погоды не сделает - я пульсаций по питанию во время периодического включения ИТ не заметил. Это скорее перестраховка на случай очень подсаженной батарейки.



Сама прошивка на данный момент малополезна - там дисплей специфический, схема, да и сам алгоритм пока только в голове, программа для экспериментов с аналоговой частью - довожу схему, чтоб дальше только кодить, а не лазить по ней с паяльником. Потом планирую перевести на распространенный дисплей. А пока это бесполезный для других макет.

там нет модуля, так как шум всегда положителен. Я рассматриваю это чисто математически. К примеру если размах шума 10мв то не важно с модулем от -5мв до +5мв или без, от 0мв до 10мв. при сложении с полезным сигналом в 20 мв например получим разброс либо от 15мв до 25мв либо от 20 до 30 но в общем те же 10 мв peak to peak. Так что имхо коэффициент должен быть равен 6. А то что по гаусу вероятность крайних значений шума мала так это ничего не значит. При частоте 1 мгц количество таких пиков будет сотни в секунду.
А вот это случаем не ваша статья?

http://radiokot.ru/circuit/digital/measure/100/

давно я на нее смотрю уже))
согласен. Но имхо стабилизатор тока в любом случае нужен но по другой причине и опору конечно тогда тоже придется очень точно выдерживать. При измерении малых емкостей напряжение на измеряемом кондере может достигать 0,2В и значит при напряжении питания ИТ 2,8В ток без ИТ будет меняться на 7%. Конечно можно сказать что это просто пробник а не измерительный прибор и просто забить. Но с такими нелинейностями будет трудно добавлять в прибор такие вкусные функции как измерение тока утечки диэлектрика или анализ шунтированости кондера катушками или резисторами при измерении прямо в плате. А у мирона63 это все есть.
посмотрите вот тут

Спойлер

http://moemesto.ru/MIRON63/file/14690544/%D0%92%D0%BD%D1%83%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20ESR.pdf

Если та статья ваша, я предлагаю дальше обсуждать прибор тут http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?t=93225 так как он потенциально более совершенен и сильно отличается от прибора обсуждаемого в этой ветке

Имхо, здесь важно отличие от реального сигнала - 3Uш, а это 5 вверх или вниз. 20-30 быть не может, только 15-25. Мне это кажется логичным и понятным, потому я за тройку, но утверждать однозначно не буду.

Только не забывайте что других значений шума будет еще больше. Так нельзя рассуждать - можно говорить лишь о вероятности, с которой появится шум той или иной амплитуды. Если она мала, то и проявляться он будет редко. За пределами +-3сигм - три раза на 1000 единичных замеров - ну и так далее...

Статья не моя. Более того, мне она кажется недостаточно качественной с некоторыми выводами, притянутыми за уши. Можете отсюда отсюда почитать, если интересно

Так от него никто и не отказывается - речь о том, что при не стабилизированном питании ток в разные моменты времени может быть разным, но во время одного измерения он будет константой.

Всем доброй ночи! Завершил прибор. Как обещал отписываюсь. Прибор помог в поиске и локализации неисправности в автомагнитоле Саундмакс прямо в машине. За что Павлову слава!!! Изготавил на PIC16F886, прошивка rev9, программатор ПикЭкстра на MAX232 COM порт PCI 16, программа icprog 1.05D. Ей же и отлаживал прибор. Печатка с помощью принтера на фотобумаге. С1=1000х6.3в VT2 и VT3= кт3129, ЖКИ 1100, DA2=AD8232ARZ. На прозвонку зацепил и звук и светодиод. Хочу такой же осцилограф. Есть цветные ЖКИ Hifone TV003. Рад,что познакомился с вами ребята. Буду постоянно отслеживать. Спасибо огромное. С уважением Александр. Что то фото не прикрепляется. Ну может в другой раз.

Получил opa2140. При Кус 173 шум 7-8мв что в 1,5 раза меньше чем у ad823 при равных условиях. Конденсаторами по 8,2пф в цепи ОС каждого каскада удалось снизить шумы до 5мв.
Кстати 7-8мв это как у TL082 обладающего такой же как и AD823 шумностью по паспорту, но в реальности меньше шумящего за счет в 3 раза меньшей полосы пропускания. В общем результатом очень доволен


Я не совсем понимаю, если у вас стабилизированный источник тока почему ток скачет в зависимости от питающего напряжения?

На счет скорости ацп то думаю что при измерении малых емкостей и из эпс это важно так как даже при токе 2ма кондеры меньше 1мф успевают зарядиться за время 20мкс до зашкаливания. Если УВХ сможет делать больше выборок в секунду то током 10ма можно будет измерять еще меньшие емкости что повысит точность измерения их эпс или можно снизить порог минимальной измеряемой емкости до десятков нанофарад оставив порог переключения токов неизменным

Я тоже поставил AD812 и весьма доволен - шумов с моими 20мв/дел почти не видно. При одном каскаде с Ку1/2=150/10. В итоге, с увеличением разрядности (1000 измерений - очень удобное число, как оказалось), даже при импульсном измерении сопротивления (а это гораздо более худшие условия чем при постоянном пропускании тока) нестабильность получилась около +/-0.1мОм. Скачет не хаотически - скорее "лениво" - с перерывами в секунду, две, три - иногда и больше. С большими емкостями (>1500мкф) стабильность по емкости похуже, но тут тоже все логично - для них нужно увеличивать разность времен, ибо зазор по разности отсчетов АЦП слишком мал.


Источник тока как раз по схеме этого прибора. Дело в том, что его ток зависит практически линейно от напряжения питания этого источника. Соответственно, если оно не стабилизировано (от батарейки, например), то...



В том то и дело, что важна принципиально не скорость АЦП, а время заряда УВХ, поскольку тут используются стробоскопические измерения. С таким подходом есть нюансы, но они решаемы. Поскольку, в качестве бонуса, у stm достаточно скоростной АЦП то я делаю еще проще - запускаю перед включением источника тока АЦП в режиме DMA, и данные сами складываются в буфер. Получается массив измерений с интервалом 1мкс. По нему виден и момент старта - его легко калибровать нопами перед пуском (в одном месте). Если емкость мала, то можно путем анализа найти две точки, где еще нет зашкаливания, если велика - делаем 2 или более проходов по буферу не выключая АЦП - все временные соотношения сохраняются, остается только учесть. Сейчас делаю автовыбор пределов с адаптивным алгоритмом подбора числа выборок. Потом, поскольку дисплей графический, можно сделать режим вывода зарядной кривой на дисплей - для визуализации индуктивного всплеска, если он будет.

источник тока тот что в схеме дает стабильный ток вне зависимости от нагрузки (в определенных пределах) и уж тем более вне зависимости от питающего напряжения (от 2,9в до 10в)
а ток у вас скачет потому что вы питаете прибор напряжением меньше 2,9в. Получается что у вас источника тока вообще нет, с таким же успехом вы бы могли ИТ резистором заменить Поставьте вместо TL431 опору на 1,2 в с хорошим pulse response и ток будет стабильным от 1,8в питающего напряжнеия. А сейчас у Вас при Uпит. от 3,3 до 2,9 в ток стабильный а потом начинает плясать, так?

Ток не будет зависеть от питания примерно начиная с напряжения питания 4.5-5.5 (зависит, но уже слабо). Это сильно много больше 3.3В мах от батарейки

Нет, ток зависит от питания и при 3,3В. На практике и на модели ток начинает слабо зависеть от напряжения в районе 5В

Нет, источник тока есть, поскольку от сопротивления нагрузки до сотни Ом, по крайней мере, ток не зависит и является стабильным. Да и в одном конкретном цикле измерения ток остается одним и тем же (напряжения питания остается одинаковым за столь короткое время).


Возможно, вопрос в том, станет ли от этого лучше, поскольку зависимость тока от питания взаимокомпенсируется, а при полностью независимом ИТ, мне нужно будет компенсировать уход опоры. Это можно сделать, возможно и сделаю, но пока я явных бонусов не вижу, а вот проблемы да. Их я видел еще когда обдумывал принцип, но тут даже удачно получилось с зависимостью )))