středa 18. října 2017

Úprava M1T380, part VI - redesign vstupního dílu

Aktuálně probíhá předělání vstupní analogové části, resp. její redesign s úmyslem dosažení stabilnějších výsledků měření + ochrany na vstupech.
Na tomto odkazu https://uloz.to/!JtFWmx7KdbB3/004-analog-board-pdf je schéma analogové části k revizi/oponentuře.
Prosím patřičné odporné komentáře dolů do diskuze...

5 komentářů:

  1. Wow, to muselo dát práce! Je tam trochu vidět inspirace multimetrem Keithley 2001 ;-) Osobně bych doporučil inspirovat se více modelem 2000, který má daleko průhlednější zapojení a v některých parametrech (šum) dokonce model 2001 překonává.

    Moc dopodrobna jsem schema neprocházel, ale měl bych několik poznámek:

    0/ V původní M1T380 použili na vstupu Re1 se dvěma přepinacími kontakty v sérii (myslím, že tím chtěli částečně kompenzovat termonapětí na kontaktech). Pokud se použije kvalitní bistabilní relé, nemělo by to být potřeba. Cívka nehřeje, protože není trvale pod proudem (tj. nevznikají teplotní gradienty), a termonapětí bývá stejně většinou specifikováno kolem 1uV.

    1/ na vstupu bych použil OZ s nízkým offsetem a driftem (LTC1050, LTC2057, AD8638?), což byl i původní záměr. Moc bych se s tím nepáral a místo toho kompozitního zesilovače s LT1028 a zesilovacího stupně s LT1007 bych v zásadě jen nahradil původní I1 a I2. Jak jinak by bylo ošetřeno, aby to necestovalo s teplotou?

    2/ místo TLV172 na pozici zesilovače průchodu nulou bych dal NE5534, který používá Keithley - má nižší šum a vyšší rychlost přeběhu (nebo novější LT6018?)

    3/ zapojení proudového zdroje pro měření odporů mi přijde zbytečně překombinované a nepřesné (nejsou tam kompenzovány úbytky na spínacích jfetech - bude to nejspíš cestovat s teplotou). Opět bych se inspiroval ve schématu K2000. Je tam pěkný proudový zdroj, který jde krásně rozšířit o další rozsahy.

    4/ MAB399 na pozici zdroje kalibračního napětí bych nahradil MAC199 nebo imperialistickou LM199 (LM399AH) - mají menší teplotní koeficient.

    5/ uvažoval bych o publikování toho designu na nějakém foru (doporučuji třeba zahraniční eevblog), tady si to přečte nejspíš jen pár lidí - Česko je takový malý zahnívající rybníček, kde tohle je velmi okrajové téma zajímacící zlomek populace (v dnešní době "jůtuberů"). Navíc se na fórech dá lépe diskutovat než v tomhle pidiokýnku, kde vidím naráz pět celých řádků ;)

    OdpovědětVymazat
  2. Dakujem za komentare.
    V prvom rade chcem podotknut ze nechcem menit program v digi casti (to az neskor, pri stavbe kompletne noveho kusa), takze niektore konstrukcne riesenia, som dodrzal aj ked su uz dnes prekonane, vid bod 1.
    4/: MAC/MAB sa lisia len toleranciou vystupneho napatia, to iste LM199/LM399. Pi vypoctoch bola uvazovana LM399, MAC som male len nakreslenu v kniznici.
    3/: K2000 som videl, skusim ho analyzovat este raz, neprisiel mi uplne hodny pre podmienky upgradu Metry. Toto zapojenie ma jednu vyhodu a to nepotrebu, (resp menej ks) presnych odporov s absolutnou hodnotou. Postacuje presny a stabilny pomer. Absolutna presnost je potreba len u 2 odporov v referencnom zdroji prudu.
    Je pravda ze Rds JFETOV nie je kompenzovana, na druhu stranu konkretne Metra pri merani odporov je len 4 - 5 miestna, pravdepodobne mali podobne problemy aj v originalnej konstrukcii. Kde to moze byt naozaj problem je meranie nizkych odporov pri meracom prude 5mA, tam vsak Metra meria len na 1ky mOhm. Vacsim problemoom je vsak regulacny JFET, ktory je podla katalogu dost na hrane, niektore kusy nemusia tych 5mA zvladnut.
    2/: pozrem.
    1/: LTC2057 by bol super (a tak sme to s kolegom aj povodne riesili) ale ma jedno velke obmedzenie pre pouzitie v Metre: Metra sa spolieha na HW kompenzaciu offsetov a to ziadny choppovany OZ neponuka. Pouzite zapojenie to bude umoznovat (aj ked to tam nie je dokreslene), navyse predpokladam ovela mensi sum a vyssi vstupny odpor. Cele je to skor duchovne cvicenie pre buduce pouzitie, aj ked sa potom asi bude optimalizovat - zosilnenie priamo do prveho stupna, pripadne odlisna topologia vstupu.

    EEVBlog zvazujem :-)
    Este raz dakujem za pripomienky.

    OdpovědětVymazat
  3. ad 4)
    Není pravda, že se MAC199 vs. MAB399 (resp. LM199/LM399) liší jen tolerancí napětí - to je až druhotný parametr. Daleko podstatnější je, že MAC199 (LM199) mají garantovaný daleko menší teplotní koeficient napětí a menší šum (u MAB399 není šum dokonce ani specifikován). Pokud není cílem vylepšit původní design, tak MAB399 vyhoví (pak ovšem nechápu, proč se do toho všeho pouštět).

    ad 3/

    Tak tohle jsem teda nepochopil. V původním zapojení jsou 4 přesné stabilní resistory (R5-R8) + jeden dělič (R4), které spolu s referencí definují normálový proud.
    V předkládaném zapojení teče normálový proud taky čtyřmi větvemi, ale dost nešťastně je udělaná generace referenčního napětí pro tyto větve. Kouzlo stabilních odporových děličů spočívá v tom, že se jedná o metalovou vrstvu na společném substrátu. Dá se tedy předpokládat, ať už se její odpor mění jakkoliv, tak stejně ve všech místech deliče - tj. zachová se dělicí poměr. Dost ale pochybuju, že máte v jednom pouzdře na jednom substrátu všechny potřebné hodnoty (50k, 2x140k, 2x300k+100k). Spíše se jedná o samostatné součástky, které budou mít rozdílné teplotní koeficienty a budou taky různě stárnout. Normálový proud bude tedy záviset na hodnotě každého jednotlivého resistoru v děliči. Místo původních čtyř stabilních resistorů a děliče potřebujete minimálně sedm stabilních resistorů (tak jak je to nakresleno dokonce 11!). To mi nepřijde jako vylepšení.

    ad 1/

    Toto jsem taky nepochopil. LTC1050 nebo LTC2057 mají oba dva nulový offset a drift. LTC1050 má navíc nižší vstupní proud. Oba dva vyhoví jako náhrada původního modulového zesilovače, který má určitě horší parametry. Když mají zmíněné OZ nulový offset jakou HW kompenzaci offsetu ještě potřebujete? Těch pár uV se odstraní kalibrací.
    Navržené zapojení s LT1028 a LT1007 má sice nižší šum (který stejně zabije LTC2057, co je v signálové cestě za nimi), ale zase trpí dost vážnými problémy jako je teplotní a napěťová závislost zesílení - spínače DG211 nemohou zesílení přepínat tak, jak je nakresleno viz. můj příspěvek na svetelektro.com.

    OdpovědětVymazat
  4. Díky za reakce! :)
    Já osobně se snažím lobovat za to, aby se postavil komplet nový multimetr, jako takový malý metrologický projektík (s inspirací právě u Keithley a HP), ale kolega nutně trvá na upgrade analogovky tohoto dinosaura :D
    A důvod ke stavbě nového multimetru? M1T380 třeba neumí automatické nulování offsetu, které se sice odstraňuje pomocí kalibrace, ale i tak to časem, resp. teplotou značně ujíždí.
    Dále pak skutečnost, že je to šíleně velký a těžký přístroj, vzhledem k dnešním novějším "ekvivalentům". Zkrátka je to tak trochu zbytečný se ho nějak snažit vylepšit, protože to moc benefitů nepřinese, vzhledem k vynaloženému úsilí :/

    OdpovědětVymazat
  5. Nz, se zájmem ten projekt sleduju, protože jsem před lety začínal podobně - taky s M1T380. Dostal jsem ho jako nefunkční, opravil a hodně se na něm naučil.

    Když se srovnají specifikace M1T380 s moderními 6.5d+ multimetry, snadno se dojde k závěru, že předělávat jej na něco, co by se jim aspoň trochu blížilo, nemá moc smysl - skončilo by to totiž designem úplně nového přístroje. Pokud nemáte ve sklepě partu inženýrů, kt. by to měla jako full-time job, tak se to podle mě nikdy nedotáhne do stavu, kdy by to bylo aspoň trochu srovnatelné s profesionálním produktem (tj. odladěný zcharakterizovaný přístroj, na kt. se dá spolehnout, kt. vám vezmou na kalibraci atd.).

    Jediné, co dává smysl, je vzít schéma M1T380 a některé klíčové komponenty vyměnit 1:1 za jejich moderní ekvivalenty (typicky vstupní zesilovač+resistory definující jeho zisk, dinosaury typu WSH218A, některé zesilovače v A/D převodníku apod.). To by mělo s minimem námahy zlepšit krátko i dlouhodobou stabilitu. Do topologie vnitřního zapojení bych ale moc nehrabal. Aby to totiž nedopadlo podobně, jako když se dědečkovi k Vánocům koupí nové tretry - taky díky nim nebude běhat rychleji :D

    Rozhodně se ale nenechte odradit a pokračujte dál! Tak se člověk naučí nejvíc. Jsem zvědav, co z toho nakonec bude :)

    OdpovědětVymazat