Самодельный ИОН на базе Linear LTZ1000

[otus]

Фото слоев на коротышки. Стар - звезда во внутреннем слое.
Все как на картинке

Спасибо,как и думалось.
Мысли гуляют в сторону трубчатых по-Au banana,масса минимальная,или плохая затея для
"затычки"?

[xDevs]

Оживим ветку?

Сегодня на местном базаре купил корпус , чуть более $40 USD.
19" исполнение, 178mm высота, 480mm длина, 365mm глубина, алюминиевые панели спереди и сзади.
Для масштаба приложил рядом один из 2001-вых (половинчатая длина, высота 2U)





Внутри ничего особенного, ожидаемо согласно стоимости.



Изначальная идея размещения блоков.



Альтернативный вариант - сделать плату-коммутатор, в которую уже будут устанавливаться функциональные модули. Датчик LEM скорее всего переедет в отдельный корпус, с соответсвующим мощным БП (600ампер 3-5 вольт и обвязкой)
Теперь думу думаю, как реализовать малошумящий высоковольтный источник питания для выходного каскада генератора (+1200/-1200 V)

[xDevs]

Не интересно? А у нас коробочка готова...

Входы\выходы - BNC или TNC
Материал : Люминий
Размеры: 110 x 62 x 25 mm

3D CAD из Solidworks



Прототип:











На коробочку в сборе навесим Пельтье и термобокс для испытаний готов...

[mekuto]

Не интересно? А у нас коробочка готова...
На коробочку в сборе навесим Пельтье и термобокс для испытаний готов...

Продолжим тему.
Испытания пройдены? Есть статистические данные?
Можно увидеть фото готовых изделий в сборе (общий корпус)? Какие конкурентоспособные характеристики получились в итоге?

[xDevs]

Вы право дело шутите
Модули эти изначально предназначались для установки на плату. Т.е. внешнего исполнения с корпусом не будет.

А коробочка выше - изначально задумана под другое дело, а вот под какое ?

Hint - два порта - триаксиал, три BNC - питание и выход термодатчика.

[mekuto]

А коробочка выше - изначально задумана под другое дело, а вот под какое ?

Уже вечер, думать о таком не хочется. Да и тяжело, когда для понимания включаешь не опыт, а больную фантазию. Так вот эта больная фантазия склоняется к тому, что коробочки для тестирования платок по отдельности в разных климатических условиях (в пределах разумного) и с двумя поверенными мультиметрами (с платами расширения входных сигналов?). Термины в предыдущем предложении так же подсказывала фантазия и с энциклопедическими выкладками может не совпасть. Вот так.
Пока фантазия не ушла далеко или не выздоровела... Михаил, судя по форуму, заинтересовался измерениями переменных во времени сигналов. В качестве высокостабильного источника опорного sin сигнала хорошо применить атомные часы, например Quantum SA.45s. Если фантазия не изменяет, то должен быть выход sin сигнала частотой 10 МГц.

Если что-то не так, простите, написал не подумав. Только фантазия и некоторый осадок теории, на деле приходится заниматься совсем другими занятиями. Поэтому некоторые сообщения на форуме имеют большую ценность, как для теории, так и для практики. А интерес... Многие хотят, а мало тех, кто может.

[xDevs]

Коробочка - под малошумящий усилитель для замеров шума, а также для термоиспытаний ИОНов в будущем.

Тем временем добрался до преобразователей напряжения для выходного каскада.
Встречаем UltraVolt 1A12-P4, регулируемый выход 1кВ, 4W, пульсации <0.0010%.
Вход регулируется практически от нуля, с помощью 0-5В аналогового управления.

Концепт-проверка, голый модуль без ничего, только питание и выход.

Инструментарий:

Keithley 2400 (сверху в центре): +12V для питания модуля UltraVolt 1A12-P4-F-M
Левый Keithley 2001: Измерение выходного напряжения
Правый Keithley 2001: Измерения входа подстройки Remote Adjust. Генерируется с помощью стандарта EDC MV106 DC
Keithley 2002 (в центре снизу): Выход встроенного ИОНа +5VDC Reference Output из модуля UltraVolt



Тестовые точки 100V, 200V и 1000VDC. Температура воздуха +28.5°С





Проверил с помощью Fluke 87V. Мелкий товарищ полностью согласен с K2001 в результате измерения.
Что забавно, 87V меряет напряжение только до 1090.4 В, все что более просто зашкаливает с ошибкой OL

На этом испытания успешно завершены. В наличии также есть 6A12 модуль, который выдает до 6000В, но под него пока ничего не готово, и мерять нечем



Добыть бы еще такой же преобразователь в варианте отрицательного напряжения, и грубый источник для выходного каскада был бы готов

Что-ж, пора вернутся к низковольтным делам и закончить наконец то ЦАП+АЦП.

[xDevs]

Поскольку ржавый 3458A теперь в строю, освободилось немного времени для старых проектов.
Сегодня и завтра будем тестировать один из моих модульков на LTZ1000A, на предмет температурного коэффициента.

Для этого был собран термобокс на базе:

* Металлический литой корпус с модулем LTZ1000A моей разработки. Конкретно данный экземпляр оснащен ОУ LTC2057, 13K/1K резисторами термостата, и LTZ1000A (24 неделя 2014).
* китайский элемент Пельтье 127060-40 приклеен к нижней стороне бокса. Параметры элемента: 55.9W, 12V 6A, 127 переходов.
* Металлический корпус с ИОНом расположен в теплоизолирующем боксе.
* Алюминиевый радиатор для охлаждения Пельтье оснащен кулером 60x60мм 5V 60mA. Радиатор и кулер торчат наружу через вырез снизу в днище термобокса.

Питание:

* Модуль с LTZ запитан от батареи 12V 4.5Ah SLA
* Набортный датчик в LTZ модуле MAX6610 запитан от четырех аккумуляторов 4xAA NiMH
* Элемент Пельтье управляется и питается от Keithley 2510 TEC SMU
* Кулера запитан от Keithley 2400

Измерения:

* 3458A измеряет прямой выход от LTZ, NPLC200, AZERO ON. Для подключения использовался экранированный медный LAN-кабель. Экран подключен на землю модуля и порт Guard у мультиметра.
* Keithley 2002 измеряет выход термосенсора MAX6610 и вычисляет температуру платы модуля. Сам датчик расположен в 5 мм от чипа LTZ1000A, с тыльной стороны платы.
* Keithley 2510 задана температура стабилизации +24.000°C , настройки PID: 110, 0.07, 1.5
* Все инструменты общаются с Raspberry Pi через NI GPIB-USB-HS и эту программу на языке Python
* Pi загружает результаты в формате CSV на мой FTP каждые 10 минут
* D3.js рисует красивые графики на специальной страничке в реальном времени.

Фото этого конгломерата:





График начала:



RAW CSV data

Пока оставлю это дело, через 8 часов выставлю следующий шаг температуры, +28 градусов, (и так далее до +50).
В итоге надеюсь получим график зависимости напряжения ИОНа от температуры "среды" , что позволит вычислить температурный коэффициент модуля.
Поскольку сам ИОН LTZ1000A термостатирован, то результатом будет почти полностью влияние платы, ОУ и примененных фольговых резисторов Vishay.

[xDevs]

Оказывается это непросто померять температурный коэффициент ИОНа на базе LTZ1000А.

В начале все было хорошо и весело, пока я не поднял температуру на 4K, и после двух часов напряжение упало на -0.5ppm.
Поднял температуру выше, +7K, влияния это практически не оказало.

Затем температуру снизил до прежнихl +24C (-11K), почти безрезультатно. Если взять два ближайших часа с разницой 11K по температуре, получаем ТКН = 0.009ppm/K.

В качестве побочного эффекта, замерился ТКН самого мультиметра 3458A (+0.118ppm/K) из-за солнца в окошке, которое прогрело прибор на +3.4K. ACAL снизил напряжение обратно на -0.7ppm.

Ваши идеи? Поднять температуру бокса до +50 градусов? Может тогда что-то разглядим. Стабильность температуры после стабилизации лучше чем 0.01°С , если верить платиновому RTD Honeywell HEL-705.

[Wladimir_TS]

Немного может не в тему вопрос - а какова цель разработки (ведь недешевой) - калибратор напряжений - а он для каких целей. Судя по фото установок вы в каком-то метрологическом центре работаете ?

[xDevs]

Да нет, для себя любимого домашний лаб, интересно мне чего можно добиться в наколеночных условиях.

[otus]

Илья,чтобы дело продвигалось быстрее,наверно и тебе
стоит прикупить "ATM".
Хватит на многое

[xDevs]

Прошу прощения, а кто такой АТМ? Автоматический Телепортатор Материи?

[otus]

Так это в ваших местных новостях расписано

[xDevs]

Хз, новости не смотрю.

Вернемся к баранам, поскольку меня спрашивали на тему платок под дешевый вариант с LM399. Лишних у меня не осталось, все раздал.
Так что обновил трассировку платы немного, подшаманил пару спорных моментов и залил свежие GERBER-ы для желающих.



4-слойная платка, маска, шелк. Все данные и детали, а также файлы в статье.

[xDevs]

"Я его слепила из того что было..."



Спеки:
* xDevs.com KX LTZ1000 PCB, Rev.B01 board
* LTZ1000CH сделан в 1991, ноги не обрезаны
* AUGAT сокет для LTZ
* Linear LTC2057 ОУ в обоих узлах
* VPG VHP 1K000 0.2ppm/K + 10K+2K проволочные задающий термостат
* Проволочный 120R. 10K второстепенный - Z202 VPG
* Пара проволочных Fluke 3ppm/K 100K+250K для 71.5K
* Пленочные конденсаторы во всех критичных местах.
* 394K для опционального LTZ1000CH



Деталюшки:



Пришлось колхозить пару пермычек чтобы впаять эти гиганские резисторы..



Подключаем добро, добавляем парочку моих старых модулей и огонь сравнивать...



Живые данные:



У меня еще три штучки LTZ1000CH той же даты производства, и один заболевший (1ppm шум проскакивает) LTZ1000ACH, выпаянный с ибейного ИОНа от 3458A's.
Так что посмотрим, как страшен черт которого малюют господа нагнетатели пропилов, сокетов, низкоТКС-ных припоев и прочая-прочая прочая...

[xDevs]

Натестировал кривулек. Хотелось верить в магические приправки для улучшения параметров ИОНа на базе LTZ, но как показала практика - чудес небывает.
Шкала времени только по первому измерению, но масштаб одинаковый для всех данных.



Baseline - исходная схема и конструкция на фото с предыдущего поста, в PWW резисторами. TEMP? значение с 3458А, комната с кондиционером.
Trimmed - подрезанные ноги у LTZ1000, чтобы садился в 1мм от сокета. Без кондиционирования, TEMP? около +44
Andreas - с добавленными конденсаторами и резисторами от Andreas @ EEVBlog. Температура среды идентична предыдущему случаю.

Вы видите разницу? Я вот невижу.

P.S. значения второго и третьего эксперимента смещены фиксированным коэффициентом для удобочитаемости. Разница была +14ppm. 1-2(3). Никакого усреднения/фильтрации семплов не проводилось.

[xDevs]

Приехали обновленные версии платок ИОНа под пару LM199/LM299/LM399, здорово щадящие карман



Ваши пожелания?

[xDevs]

А вот и модульки для стабилизаторов подоспели...



Основаны на ультрамалошумящем LT3042, по спекам 0.8 мкВ RMS (10Гц - 100кГц). Данные красавцы продаются только в корпусах MSOP и DFN, что затрудняет монтаж в самоделки, так что я сделал "адаптер" под размер стандартного TO220. Установка выходного напряжения задается одним резистором, с допустимым диапазоном от 0 В (!) до +15В. Максимальный ток - 200мА.

[xDevs]

Спаял еще парочку в варианте с транзистором (отсутствующая деталька в корпусе SOT-89). С подходящим транзистором можно питать нагрузку 1-3 ампера.



Отрою транзистор, будем испытывать