高精度电压测量，请高手指点！

jackielau · 发表于 2014-8-25 09:54:10

这两年做了一台仪表，实质就是一个电压表，最大电压正负5V，分辨率0.01mV，精度要求0.1mV。
我的方案是M32+AD7703（20位AD）+ARZ521（2.5V基准）+AD706（高精度运放），从传感器来的信号经AD706缓冲，电阻分压，AD706缓冲，进入AD7703，单片机M32，每20mS读一次数据，采集的数据进行了软件滤波。
传感器电路是以前别人做好的，传感器由开关电源正负9V+7805后供电的，传感器信号经由ina114仪表运放放大1倍，ina114供电由开关电源正负9V提供。

目前的情况是：直接将基准2.5V接到输入，显示电压比较稳定，数值有0.01mV的变化（开机十分钟后），接一个TL431效果也很好。但是接传感器后数值变动较大，进过经过软件滤波，还是有0.05~0.1mV左右的跳动，这个问题还可以接受，关键是固定传感器，关机，过数小时再开机，数值会有0.2~0.8mV的变化，而且趋势无法预测，工作环境的温度变化低于5度。

不知道，这是为什么，如何能提高稳定度？
运放ina114、运放AD706的输入信号不变，供电电压变化，输出会有变化吗？？

请指点，谢谢！不胜感谢！

Lengxue · 发表于 2014-8-25 10:25:14

1、器件有经过老化处理么？
2、再次开机时测量基准电压稳定么？
一般机器都要预热20分钟左右

mcu5i51 · 发表于 2014-8-25 10:54:13

高精度的对温度都有要求,那个变字应该就是杂散波引起的,加大滤波系数应该可以减少

jackielau · 发表于 2014-8-25 18:16:58

Lengxue 发表于 2014-8-25 10:25
1、器件有经过老化处理么？
2、再次开机时测量基准电压稳定么？
一般机器都要预热20分钟左右 ...

1、器件没有进过老化
2、再次开机基准很稳定
我实验时有时候开机半小时以上。

另外，之前有类似产品，时间比较老了，需要加入新功能，但是当时的开发人员已经找不到了，现在参考他的电路弄，运放是OP27G，基准是MC1403，器件没经过老化，但是稳定度和精度都很好，接上传感器电压值跳动也很小！
我开始也用的相同器件，但数字跳动太厉害，后来选用的精度高的器件，不知道原来是不是算法特殊！？

jackielau · 发表于 2014-8-25 18:22:10

mcu5i51 发表于 2014-8-25 10:54
高精度的对温度都有要求,那个变字应该就是杂散波引起的,加大滤波系数应该可以减少 ...

我目前实验的环境温度变化不到，不超过5度，目前电路上没有滤波，开始我加了滤波，但是发现会出现数据向一个方向缓慢飘，比如现在是500.00mv，它会慢慢减小或增大，500.52,501.00，。。。。最后经过几分钟才会稳定,滤波器截止频率大约为1KHz，所以就取消滤波了

aureole · 发表于 2014-8-25 18:28:47

你用六位半的表测测传感器的输出，到底是他不稳定，还是你的adc采集的不稳定。

jackielau · 发表于 2014-8-25 19:06:46

aureole 发表于 2014-8-25 18:28
你用六位半的表测测传感器的输出，到底是他不稳定，还是你的adc采集的不稳定。 ...

6位半表不在手头，之前测过，数据也是跳动的，但是没测开关机之后数据是否变化！
但是原来的产品数据几乎不跳动，非常好。
我在单片机内进行过集中滤波算法，接基准比较好，但是接传感器效果不好！

gamalot · 发表于 2014-8-25 19:37:48

calibration ......

lixin91985 · 发表于 2014-8-25 19:59:12

我觉得 LDO 用7805的 AD采集就不能算是高精度。建议上LT的 LDO 。。那可是非常的稳定。

还有数值飘动，说明输入阻抗过高。或者为零。又或者是负载电容太大。硬件滤波系数太大，每个AD在采样的时候会对信号产生一个干扰，

jackielau · 发表于 2014-8-25 20:05:06

lixin91985 发表于 2014-8-25 19:59
我觉得 LDO 用7805的 AD采集就不能算是高精度。建议上LT的 LDO 。。那可是非常的稳定。

还有数值飘动，说 ...

7805在传感器探头上，这个是不能动的
传感器输出阻抗8K
仪表的输入阻抗为1M
“硬件滤波系数太大”是什么意思？？

jackielau · 发表于 2014-8-25 21:28:45

另外补充，传感器供电：之前版本使用市场上买的开关电源，示波器测噪声大概为60mV，我设计的是用PT1305，电源噪声20mV

zqy517 · 发表于 2014-8-25 22:20:33

那就是地线在画板的时候没有处理好了，对了，供电采用开关电源那就更要注意了

TANK99 · 发表于 2014-8-25 22:37:19

直接用AD7705的PGA，可以稳定做到10uV水平。
其他东西都不要，电压基准取好就好，校好零点，线性度还是可以的。

电源用干电池会好点，后级用LDO。

Tonyhai · 发表于 2014-8-25 23:33:51

高精度的麻烦，器件温飘不好处理

marshallemon · 发表于 2014-8-25 23:49:24

本帖最后由 marshallemon 于 2014-8-25 23:52 编辑

按你要求的我大致算了一下，需要19.93bit的分辨率的ADC，你选个20bit的余量是不是有点小了，按照20ms读一次那这个意思是50次/S，这个速率这ADC才能做到啥指标？对于噪声问题这个不太好说，在说漂移问题，你这个需要确定到底是哪飘了，传感器？还是电路？OP供电电压会引起线性的变化。
另外即便使用34401对于噪声貌似也看不出来，因为它也是个慢驴，测噪声还是上示波器吧，当然要是高端的

mcu5i51 · 发表于 2014-8-26 09:50:33

jackielau 发表于 2014-8-25 18:22
我目前实验的环境温度变化不到，不超过5度，目前电路上没有滤波，开始我加了滤波，但是发现会出现数据向 ...

你的电路原件是会发热的,不止是环境温度,温度包括外接和自身,应该很容易想到的,
比如内部有个变压器,它附近温度会高些;
记得以前做温度计,温度测试结果会高几度,后来吧传感器从电路板上引出来就好了,电路板上并没有明显的发热元件,都有这么大的影响,高精度的场合下局部高温会有较大的影响,整版均匀的受热影响反而会小一些,因此要注意布局

jackielau · 发表于 2014-8-26 09:58:16

昨天晚上实验：改变运放的供电电压，测量值的电压没有明显变化！
其实单单从仪表这块来说，从接入基准的情况看，已经满足要求了，但是仪表是要接入传感器的，接上传感器不行，就是否决。客户不管哪里的问题，只要有问题就是你的问题。传感器电路已经使用多年，不能变更了。所以，需要有仪表来解决所有问题。
原来的老版本解决的也很好！这才是让人头疼的地方1！

locky_z · 发表于 2014-8-26 20:23:31

我也觉得是"电阻分压“用的电阻有飘移。尝试加校正吧，每过30分钟用继电器短接输入端来校正一下。

liuerbin · 发表于 2014-9-5 14:43:11

本帖最后由 liuerbin 于 2014-9-5 14:48 编辑

具体你还得量量是哪块电压波动，如果都不是，再看看是否采样率太高导致adc的有效位数降低。。。。。。

EMC菜鸟 · 发表于 2014-9-5 15:21:25

本帖最后由 EMC菜鸟于 2014-9-5 15:26 编辑

又是一个“原来的开发人员找不到了” ......

象楼主做的这种级别的表，没点经验，就需要点水平了，多看看“原来的开发人员”的电路，也许能学到点什么吧，希望楼主能闯过这一关！

hamwang1 · 发表于 2014-9-9 14:56:14

还是先弄个34401A测量看看，一级级测量过去哪里有问题

yigang · 发表于 2014-9-9 15:04:46

“运放AD706的输入信号不变，供电电压变化，输出会有变化吗？”
这个问题的回答是，运放都有一个指标：“电源抑制比”，还有就是如果你共模使用运放，输出应该不会（不能接受的）变化。。。

successliufei · 发表于 2014-9-9 15:09:06

要测一下放大前的信号

jackielau · 发表于 2014-9-9 15:29:59

yigang 发表于 2014-9-9 15:04
“运放AD706的输入信号不变，供电电压变化，输出会有变化吗？”
这个问题的回答是，运放都有一个指标：“电 ...

老工程师厉害，以前没注意这个指标，研究一下！我手动改变运放的供电电压了，输出基本没变化，合格可以确定了！
现正在进一步测试，亿寻求解决手段，目前初步认为，测量仪器本身是稳定的，问题出在传感器上，虽然不管我管，但是我要解决问题！正在研究中。。。。

psbhero · 发表于 2014-9-21 11:21:41

楼主进展的如何了？

Put_down · 发表于 2014-9-21 17:40:19

传感器的稳定性用34401测量看看，估计不稳定的可能性大。
但如果测量传感器也是好的，就要注意连线了，注意地电位的处理，特别是长线时。

whhc51 · 发表于 2014-9-21 19:14:52

进来学习

haoran518 · 发表于 2014-9-21 19:42:00

学习一下。

ordinary · 发表于 2014-9-21 19:49:07

占位，学习

farfar · 发表于 2014-9-21 20:26:21

像这样的精读要求不算高，布线时注意一下应该就能满足应用。建议楼主不要使用开关电源供电，开关电源电压的扰动很不好清除，最好用工频变压器供电，妥妥的。

farfar · 发表于 2014-9-21 20:33:35

一般精度稍高的仪器从开机到稳定工作是要一段时间预热的，这是正常的。另外建议楼主不要使用tl431做基准，这个精度已经不适合用431了。如果成本不是要求非常苛刻的话，还是上专用基准比较好。

dsp56789 · 发表于 2014-9-21 20:43:40

MARK,学习一下

jackielau · 发表于 2014-9-22 20:55:46

本帖最后由 jackielau 于 2014-9-22 20:57 编辑

farfar 发表于 2014-9-21 20:26
像这样的精读要求不算高，布线时注意一下应该就能满足应用。建议楼主不要使用开关电源供电，开关电源电压的 ...

移动设备，电池供电，工频变压器不可能
另外，我用的基准是ARZ521，431只是当做测量对象
编辑：我这个对成本不太敏感，目前整个电路+电池等成本在几百元左右！

farfar · 发表于 2014-9-23 08:23:27

jackielau 发表于 2014-9-22 20:55
移动设备，电池供电，工频变压器不可能
另外，我用的基准是ARZ521，431只是当做测量对象
编辑：我这个对 ...

由於你的傳感器是由開關電源供電，所以存在一定的干擾在所難免，所以建議樓主在傳感器供電部份進行一定的處理，比如增加一級LDO穩定等措施。雖然該方法不能完全杜絕噪音，但是對抑制噪音還是有一定的效果的。

zsdshuai · 发表于 2014-9-23 09:06:33

我倒觉得是不是你的前端输入阻抗匹配除了问题，很多传感器是高阻输出的

jackielau · 发表于 2014-9-23 15:34:17

farfar 发表于 2014-9-23 08:23
由於你的傳感器是由開關電源供電，所以存在一定的干擾在所難免，所以建議樓主在傳感器供電部份進行一定的 ...

最早就注意到了，并进行了实验，就是提高开关电源电压，在经过稳压IC,(7808,7908) ，然后给传感器供电，效果不明显

jackielau · 发表于 2014-9-23 15:35:34

zsdshuai 发表于 2014-9-23 09:06
我倒觉得是不是你的前端输入阻抗匹配除了问题，很多传感器是高阻输出的

传感器的X+和X-输出进入仪表运放，in114，然后输出，经过电缆到仪器测量

westwing · 发表于 2014-9-23 15:58:33

1. 建议先测一下传感器输出信号是否稳定
2. 使用标准的信号源（或者电池等等）作输入，看看结果有没有波动?
这样至少可以确认是传感器还是你仪表的问题。

liub007 · 发表于 2014-11-12 14:13:04

+-5V分辨率0.01毫伏，6位半阿，高大上！！

classv · 发表于 2014-11-12 20:12:41

支持一下

heibei · 发表于 2014-11-13 09:38:00

解决没？学习。。

wangqun · 发表于 2014-11-13 09:58:33

传感器不要用开关电源供电，用相对稳定的电源供电

jackielau · 发表于 2014-11-13 18:26:20

目前基本确定主要问题在传感器身上，仪器本身是比较稳定的，但是没有以前老的版本稳定，已经重新画仪器板，希望能够有效果！
另外，仪器的不稳定与原件关系很大，即使是同一批也会有有好有坏，这个我解决不了，慢慢来一步一步！

“传感器不要用开关电源供电，用相对稳定的电源供电”
为和老版本兼容，信号结构和供电电压是不能比那的，而正负电源的供电方式不用开关电源，就要加好多电池，这样对重量体积成本都带来问题，所有开关电源只能用。而且老版本仪器也是开关电源，是使用市场上买的开关电源，示波器测噪声大概为60mV，我设计的是用PT1305，电源噪声20mV，但是我的仪器不如老版本效果好。还是要在电路和算法上找出了，电源改进余地不大

jackielau · 发表于 2014-11-13 18:28:39

本帖最后由 jackielau 于 2014-11-13 18:29 编辑

farfar 发表于 2014-9-21 20:26
像这样的精读要求不算高，布线时注意一下应该就能满足应用。建议楼主不要使用开关电源供电，开关电源电压的 ...

移动设备，电池供电，工频变压器不好上！

重复回复了，不好意思

dengxiaofeng · 发表于 2014-11-13 18:33:17

ina114供电由开关电源正负9V提供开关电源供电是否有问题？

jackielau · 发表于 2014-11-13 18:33:18

farfar 发表于 2014-9-23 08:23
由於你的傳感器是由開關電源供電，所以存在一定的干擾在所難免，所以建議樓主在傳感器供電部份進行一定的 ...

我专门坐了一版本，开关电源出来加了7809和7909，然后为传感器供电，没有明显改善！

目前供电是开关电源+功率电感+电解电容+10欧电阻+电解电容，不知道这样合理不？加电阻我有点犹豫

dengxiaofeng · 发表于 2014-11-13 18:34:18

有没有试过电感加大容量的陶瓷电容 MLCC

jackielau · 发表于 2014-11-13 18:37:10

开关电源+功率电感+电解电容+10欧电阻+电解电容
电解电容的地方加了10uF和0.1uF贴片电容

xf331785508 · 发表于 2015-1-12 18:47:21

jackielau 发表于 2014-11-13 18:37
开关电源+功率电感+电解电容+10欧电阻+电解电容
电解电容的地方加了10uF和0.1uF贴片电容 ...

LZ的电路测量如何了？我也想参考参考高性能的宽电压测量电路。

jackielau · 发表于 2015-1-14 14:47:52

xf331785508 发表于 2015-1-12 18:47
LZ的电路测量如何了？我也想参考参考高性能的宽电压测量电路。

电路本身算是基本稳定了，温漂还未实验，重新做了一次板子，还没到，到后继续测试！

cqfeiyu · 发表于 2015-1-14 15:01:23

是不是要测量传感器的供电电压然后补偿一下输出,或者把传感器的供电电压分压后作为AD的基准,或者传感器采用间断供电,或者用H桥给传感器供电消除热电势.

jackielau · 发表于 2015-1-16 09:10:43

cqfeiyu 发表于 2015-1-14 15:01
是不是要测量传感器的供电电压然后补偿一下输出,或者把传感器的供电电压分压后作为AD的基准,或者传感器采用 ...

按照ds的要求，应该用传感器的供电作为基准，但是如果传感器远离AD，这样就不太好做了

高精度电压测量，请高手指点！

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