LCR meter - konstrukce

[Pavel Hudecek]

No já to taky moc nesleduji, ale když čtu o miliohmech a kompenzaci metru 
koaxu, tak první co mě napadne, je, proč hned k DUT nedát oddělovací 
zesilovače a jejich výstupy nepřizpůsopbit impedanci koaxu. Nebo tam rovnou 
dát detektor nuly i rozsahové odpory. Při dnešní miniaturizaci mi taková 
aktivní měřící sonda přijde jako podstatně lepší nápad, než kompenzovat 
parametry koaxů. Za úvahu by stálo i přidání oddělovacích traf a propojení 
běžným UTP patchkabelem.

PH

From: "Jiří Kučera" <fonolit na seznam.cz>
Hlavním cílem melo byt ucit se, pokud si pamatuji :-)

Tento tyden jsme tu probirali to cim se melo zacit a to pomery na merenem 
objektu a privodnich vodicich.

Nebo chceteli rozdily mezi prvni a druhou variantou meraku. V podstate jsme 
se dostali k jadru pudla a tomu proc lze
prvni variantu meraku (1ohmn-10Ohm) postavit s PICem a TL074 a proc 
sebelepsim vylepspovanim teto koncepce 1mOhm impedanci nezmerime.

Pokud to shrnu do 3 vet

1.Prvni varianta mustek vyvazuje pres range rezistor OZ ADA46327 (nic 
lepsiho nezmam a nejsem si jist zda existuje) , napeti na DUT meri
  druhy OZ mezi DUT a zemi. Funguje uspokojive zhruba v mezich 1 ohm az 
10M.Presnost je funkci frekvence. Mimo tyto meze naprosto nepouzitelne.
2.Vyvazovani mustku stejne, napeti merime pristrojovymi zesilovaci 
(sestaneve z AD8620+AD8610) primo na DUT a range rezistoru. Toto castecne
  resi nepresne vyvazovani mustku, kdy mezi DUT a RR neni  presne 0, 
castecne se tim rozsiruje rozsah , smerem dolu rekneme, ze to odmeri
  100mOhm DUT, stoupa i max pouzitelna frekvence.
3.Je treba zmeni koncepci a analyzovat problem.

Kde je problem pri mereni velmi malych impedanci?
a) privdni vodice mezi DUT a merakem. I kdyz pouzijeme koax potece proud 
(desitky mA) jen stredem, tento proud vyvola magnetickou indukci a ta vyvola 
nejaky proud stinenmim. Reseni spociva v injektazi stejneho proudu ,ktery 
potece stinenim opacnym smerem a vyvola indukci opacnou , teda pozere tu 
prvni.
b) privodni vodice nejsou idelani a hlavne maji nejakou impedancni vazbu 
mezi stredem a stiennim viz obr. Pracovne jsem si 1m koaxialu zjednodusil 
na, stred 35mOhm odpor + 250mH indukce, stineni 18mOhm odpor a 100pF C mrezi 
nima. Zaver je treba merit napeti mezi styredem a stinenim nikoliv mezi 
stredem a zemi.
viz obrazek
http://photo.uloziste.com/?fotka=a245caa55cbfba87.jpg&d=x270459af1495c86&size=0

c) Je treba zvazit zda koncepce vyvazovani mustku pomoci OZ je dostatecnea, 
ani ADa4637 si zda se neporadi s malymi impedancemi a
Muj napad na reseni a novou koncepci, automaticky vyvazovany mustek s dvema 
DDS,
viz obr.
http://photo.uloziste.com/?fotka=05cc5341aeb52845.jpg&d=xa3bc539e101cfda&size=0

Mozna je to uplna kravina, proto bych rad znal baluovo nazor.

popis.
DDS1 klasika, zdroj signalu prochazejiciho pres DUT.
DDS2 je zdroj, ktery se snazi pres Range resistor vyvazit mustek , tedy 
dosahnout v bode Virtual groud 0 napeti. Jak toho dosahne?
frekvenci zna, tu urcuje DDS1 a DDS2 jede na stejnych hodinach. Informaci 
zda je nebo neni a jak neni mustek vyvazen doda null detektor,pro ktery by 
melo platit. Pokud I1 z DDS1 = I2 z DDS2 potom Id (proud do detektoru) =0 a 
mustek je vyvazen, pokud se nerovna tak palati Id=I1-I2
DDS2 tedy meni amplitudu a fazi cimz dosahne vyvazeni mustku, zatim si vubec 
neumim predstavit jak a zda vubec jde poznat zda se ma hybat amplitudou nebo 
fazi, snad to jde.

Kompenzacni proud stinenim, videl bych to na prevodnik napeti proud, do 
ktereho vstupuje napeti z DD2 pred RR a pres 100ohm odpor injektuje tomu 
odpovidajici proud, tim by se melo pokryt nejnizsi rozsah, v kterem je tato 
chyba relevantni.

Mereni napeti, klasicky pristorjovy OZ slozeny z AD8620+AD8610 s zesilenim 
1x.

Null detektor, prevodnik proud napeti s ADA4637 a prepinanym odporem 
100,1k,10k,100k

Range rezistro, prepinany odpor 100,1k,10k,100k,1M, mozna 10M

DDS1 a DDS2 tak jak jsme ji zde jiz nastinil, s tim, ze by byly 
synchronizovane a mozna doplnene o jemnejsi rizeni amplitudy (Rset u AD9954 
opreny o DAC).

Co na to balu?
Dokaze MCU ridici DDS2 nejak inteligentne poznat zda ma hybat amplitudou 
nebo fazi?
Je v tom nejaka koncepcni chyba ,kterou nevidim?

Pokud by to bylo pouzitelne hodim to do nejakeho podrobnejsiho obvodoveho 
reseni a muzele se posunout v uvahach dale.

> Od: balu na home <daniel.valuch na orange.fr>
> moc som vlakno nesledoval lebo som tieto tyzdne pomerne dost pracovne 
> vytazeny. Otazka je co si kladiete za ciel? Ja by som mozno zacal s 
> realistickymi cialmi a bez zbytocnych komplikacii. Najprv postavil prvy 
> jednoduchsi pristroj, napriklad ten spominany 1Ohm az 10M. Ked to bude 
> vsetko fungovat da sa urobit verzia 2 s vylepenymi parametrami.
> So softwarom a ovladanim tam bude este tolko roboty ze rozsah 0.1-1Ohm 
> bude uplne nepodstatny :-)
>
> On Jun/5/2012 15:18, Jiří Kučera wrote:
> > Dokoncil jsem mereni na automaticky vyvazovanem mustku LCR metru, 
> > vyvazovani
> pomoci zesilovace ADA4637.
> > Snimani napeti na DUT a Range resistoru pomoci pristrojovych zesilovacu
> sestavenych z AD8620 AD8610.
> > Fungovat to funguje, v rozsahu impedanci 1Ohm az 10MOhm jsou vysledky 
> > slusne,
> frekvence 100-100kHz.
> > Presnost logicky klesa s frekvenci a pro impedance<  100mOhm a nad 100 
> > MOhm je
> to jiz slabsi.
> > Zaver pouzitelne to je , ale je to reseni v kterem je nekolik 
> > koncepcnich
> problemu ,ktere nelze nebo jen obtizne lze, resit ci kompenzovat.
> > Schema sem mohu dat, ale asi to nema moc vyznam, pokud chceme soutezit s
> profiky bude to chtit trochu jine reseni.
> >
> > Pracovne tomu rikejme digitalne rizeny automaticky vyvazovany mustek s 
> > dvema
> DDS.
> > Podotykam ze jde o muj napad a tak v nem muze byt nejaky problem,ktery
> nevidim.
> >
> > DDS1 + Rs je zdroj signalu,ktery je priveden na DUT
> > Rr - je prepinany Range resistor 100 - 10M
> > DDS2 generuje Rr signal takove amplitudy a takoveho fazoveho posuvu, aby
> Idut=Irr tedy Id=0
> > V tom okamziku je mustek vyvazeny a z Udut + Ur lze pri znalosti Rr 
> > urcit
> impedanci a z fazovych posuvu DD1 a DD2 vse ostatni.
> >
> > Pokud mustek vyvazeny neni je Id rovno rozilu proudu Idut a Ir.
> > Id tece pres C1+R1  do prevodniku proud napeti s prepinatelnym vazebnim 
> > Rd,
> takto ziskany Udut je zpracovan ADC a slouzi jako vazba pro rizeni druhe 
> DD2.
> >
> > Vyhodou by mala byt nizsi frekvencni zavislost celeho mustku a alespon 
> > podle
> meho porovnani "matematickeho modelu" s relane zmerenymi daty min 3x az 
> 100x
> lepsi parametry cele teto casti.
> >
> > AD9954 ma 14bit rizeni amplitudy, tedy fazovy posun by mel byt urcitelny 
> > s
> presnosoti na 0,02197 Stupne
> > Rizeni amplitudy je 14 bit, pri vyuziti 13bit a 2.5Vpp vychazi krok na 
> > 305uV.
> >
> > Rizen amplitudy by mozna slo zlepsit, touto fintou.
> > AD9954 ma proudovy DAC, jehoz max proud se nastavuje pomoci Rset, kde 
> > plati
> Iout=39.19/Rset. Z toho jsme si spekulativne vyvodil, ze AD9954 vyuziva 
> interni
> 1V referenci. Pokud Rset misto zeme opreme o vystup DAC melo by platit
> IOut=39.19*(1-Udac)/Rset
> > Toto reseni by vyzadovalo pouziti 16bit DAC, ale teoreticky pro jemne 
> > doladeni
> by mel stacit horsi DAC a neco jako R6azR8 na obr.
> > Problem, je ze tato featura neni u AD9954 dokumentovana a teoreticky to 
> > muze
> byt cele jinak.
> > Vychazm vsak z
> http://www.analog.com/static/imported-files/circuit_notes/CN0156.pdf a 
> doufam,
> ze je to u AD9954 reseno stejne :-)
> >
> > Docela by me zajimal baluovo nazor.
> > Pokud mi neco neuniko a stabilita amplitudy druhe DDS neni zavisla na 
> > tlakove
> fronte nad biskajskym zalivem a zvlastr pokud by fungovalo dodatecne 
> rizeni mela
> by tato koncepce nit parametry srovnatelen s profi meraky, tedy az na 
> domerovani
> vuci stineni koaxu mezi merakem a DUT.
> >
> > http://www.uloz.to/x7sAZSw/schematic-prints-pdf