2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение11.04.2019, 19:33 
Заслуженный участник


20/08/14
6025
Россия, Москва
EUgeneUS
Что-то давно Вас не видно тут, как, собрали полную схему с AD9850? Шумы как, не сильно возросли? Питать измерительную часть как решили, от батарейки или всё же сварганили нормальную фильтрацию после БП? В экраны пришлось всё убирать или только AD8310?
Поделитесь до чего дошли и какой ценой. ;-) Ну если конечно дошли, а не отвлеклись.

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 09:20 


11/12/16
5901
Снова наступают длинные зимние вечера. И вернулся к этой поделке. :D "Пакую в корпус".

Dmitriy40
Вчера провел первые краткие тесты на шум на АЦП. Все стало гораздо грустнее, чем на макетке с питанием детектора от батарейки.
Судя по осциллографу, по питанию детектора (измерял между землей модуля с детектором и его входом питания) проходит злая иголка.
И это не смотря на два стабилизатора по питанию (FGJ, второй уже на самом модуле с детектором) и наличие всех необходимых керамических конденсаторов.

(устройство питания)

Питание трансформаторное.
Две вторичных обмотки.
1. Провод 0.8 мм, примерно 6 вольт переменки. Мостик на диодах Шоттки, стабилизатор с низким dropout (это нужно так как с обычными диодами и LM-кой происходила просадка напряжения ниже потребного). Сразу после мостика берется питание на Ардуину (у неё свой стабилизатор на 5В), после стабилизатора берется питание на экран.

2. Провод примерно 0.3 мм. 12 В переменки.
2.1 Первый стабилизатор на 9 Вольт, с него питаются
а) детектор (на модуле свой стабилизатор на 5 В)
б) аттенюатор. У него собственный стабилизатор на 3В.
2.2. Второй стабилизатор (после первого), на 5В. С него питаются АЦП и линейный ВЧ усилитель.

Земли источников питания соединены около электролитов.
Каждый блок питается своими проводами питания.
Цифровая и аналоговая земли АЦП подсоединены отдельными проводами к земле 5В стабилизатора.
АЦП в дифференциальном режиме.

На ближайших выходных попытаюсь провести серию экспериментов с целью побороть "злые иголки в питании".
1. Посмотрю какой будет шум при питании детектора от батарейки (а АЦП от БП).
2. Предположительно иголка возникает от ШИМ подстветки экрана. Посмотрю какой шум будет при выключенном экране.
3. Отличия от схемы на макетке:
а) напряжение опорника АЦП поднял до 2.6 В (стандартная схема включения TL431)
б) нет нагрузочного резистора на выходе детектора.

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 09:41 


20/01/12
82
Habr: NanoVNA
Github: NanoVNA
Schematic: NanoVNA

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 10:28 


11/12/16
5901
=SSN=
Предлагаете всё бросить и купить этот прибор? ;)

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 13:02 
Аватара пользователя


18/12/17
126
EUgeneUS, пару лет назад я собирал кустарный АЧХ-метр из совсем старых деталей. Было нужно для одного измерения на ультразвуке. Фотография платы в прищепке - просто для общего представления. Обычная одноразовая поделка, от которой ничего не требовалось, кроме метрологической честности. Большинство деталей выпаяно из плат советской эпохи, остальное - из дармовых запасов.

Изображение

Суть устройства - вверху на картинке сдвоенный операционный усилитель MCP602, который даёт на выходе полусумму входных напряжений (оба 0...5 В), и их разность, усиленную в 20 раз (на 26 дБ). Внизу на плате LM311 - для частотомера. Рабочие частоты 140-150 кГц, его хватает. Он к нашему вопросу не относится, и он упомянут только для того, чтобы не оставлять неясностей. Длинная микросхема в середине - это PIC16F873. Лежал без дела, а тут выпал шанс его приспособить. У него 10-битный АЦП, как почти у всех 8-разрядных игрушек. Схема, конечно, есть, но для такой поделки, полагаю, достаточно словесного описания.

Фокусы начались после сборки. Показания АЦП на постоянном токе "прыгали". Преобразование делалось при включенном ядре (без режима "краткого сна, чтобы не шуметь" - вы понимаете, о чём это). По прерыванию забирались очередные данные.

Кустарная плата удобна тем, что паяться можно куда угодно. Не нужно скоблить паяльную маску. И вот что обнаружилось (вдруг пригодится).
Источник постоянного входного напряжения для ОУ - раритетный "ртутный элемент насыщенный", с последним протоколом госповерки от 1995 года. Вероятно, поверка малость просрочена, но элемент даёт, в теории, 1,018636 В при 20 градусах Цельсия, а нынешние китайские тестеры показывают на нём 1,019 В. То есть, первая пара знаков после запятой всё ещё вполне надёжна.

Для пробы я припаивал конденсаторы с задней стороны платы на те площадки, через которые идёт питание на ножки микросхем и записывал показания АЦП (автоматически, конечно). По алгоритму, АЦП снимал показания 3 раза в секунду. По каждому случаю получалось около 1200-1500 отсчётов, по 20 минут реального времени. На время измерений всякие окна/форточки были закрыты, и я сам выходил из комнаты, чтобы устройство работало в полном одиночестве.

Я измерял дисперсию показаний на постоянном входном сигнале (постоянное напряжение от ртутного элемента). Горизонтальныя линия $D_\text{0max}$ на графике - это дисперсия от 0/1 в самом младшем разряде, от неё никуда не деться. Синий и красный столбики - это напрямую входные каналы, они не особо интересны. Последний, песчаного цвета, - это уже сигнал разности, усиленный в 20 раз и тоже поданный на АЦП.

Дроби по горизонтальной оси показывают номиналы конденсаторов, припаянных к ножкам питания ОУ и контроллера. Измерения неполные, но танталовый чип 47 мкФ непосредственно у ножек питания контроллера избавляет практически от всех проблем.

Изображение

Странная дробь "PIC/MCP" выражает ёмкости конденсаторов в микрофарадах, подпаянных к контроллеру (числитель) и к операционному усилителю (знаменатель). Извините за сумбурность. Измерял для себя, а для личного употребления свои вольности себе прощаешь.

Конкретно по группам измерений, слева направо (копипаст из моего лабораторного журнала)

1) Исходная схема (PIC/MCP=0,1/0)
2) Добавлен КМ-6 0,47 мкФ (PIC/MCP=0,57/0)
3) Удалён КМ-6, добавлен танталовый 2,2 мкФ на PIC (PIC/MCP=2,3/0)
4) Добавлен KM-6 0,47 мкФ на ОУ (PIC/MCP=2,3/0,47)
5) Удалён КМ-6, установлены танталовые 1 мкФ на ОУ и 47 мкФ на PIC (PIC/MCP=47/1)
6) То же, повторная серия

А вот графики АЧХ магнитострикционного излучателя, полученные от этого устройства (когда оно уже не шумело):

Изображение

Точки на крутом склоне идут через 3 герца, это я просто для себя добавлял. Устройство передаёт на компьютер текстовый файл с результатами измерений, а дальше там TikZ и
LaTeX решают. Шум на концах графиков - это вот он, шум всей системы, когда она излучает ультразвук на полной мощности. Мораль всей этой петиции - танталовый конденсатор 47,0 мкФ х 6,3 вольта, типоразмера "С", подпаянный к ножкам питания контроллера, решительно избавляет от приступов головной боли при преобразовании православного аналогового сигнала в новомодную цифровую форму. :D

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 13:25 


11/12/16
5901
Xmas
Спасибо!
Очень интересно.
1. Насколько понимаю, PIC16F873 поддерживает внешнее опорное напряжение для своих АЦП. Вы этой "опцией" не пользовались?
А меня опорное напряжение для АЦП формирует TL431.

2. Что интересно, подключение КМ-6, всегда ухудшает ситуацию.

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 19:46 


11/12/16
5901
Некоторое обновление информации.
1. "Иголки" внешние. То ли от ноута, то ли от распберри, то ли от двух импульсных БП :D. Период иголок примерно 25 мкс (40 кГц). За период проходит две иголки с интервалом где-то 5 мкс.
2. Основная проблема была в неустойчивой работой tl431, возбуждался. Конденсатор 0.1 мкФ на выходе ему явно противопоказан. Нужно или сильно меньше, или сильно больше.
3. Если на иголки не обращать внимания, то шум в питании около 10 мВ. Причем не 50/100 Гц, а что-то бело-высокочастотное
4. На высоких уровнях входного сигнала (при уровнях на выходе детектора от 1000 до 4000 LSB) сейчас дисперсия небольшая и вполне приемлемая. Но более низких - шум начинает расти.
5. Включение экрана несколько повышает шум, но только на низких уровнях сигнала.

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 21:31 
Заслуженный участник


20/08/14
6025
Россия, Москва
EUgeneUS в сообщении #1424733 писал(а):
2. Основная проблема была в неустойчивой работой tl431, возбуждался. Конденсатор 0.1 мкФ на выходе ему явно противопоказан. Нужно или сильно меньше, или сильно больше.
По доке надо или меньше 7нФ, или больше 3мкФ.
Сейчас настраиваю плату с TLV431, запитанную от 3.3В через 430Ом, так ей керамики 1мкФ 0805 по выходу не хватает, возбуждается пилой 68кГц размахом 30мВ, правда она включена вместе с подстроечником 10кОм для получения точно 2.000В. Поставил по выходу 47мкФ 0805 "от души" и шум пропал. Скорее всего хватило бы и пары-тройки мкФ, но проверять уже лень.
В общем надо проверять по докам, в данном случае "STABILITY BOUNDARY CONDITION".

 Профиль  
                  
 
 Re: AD9850+AD8310+MCP3304=АЧХметр (шум на АЦП)
Сообщение08.11.2019, 21:39 


11/12/16
5901
Dmitriy40 в сообщении #1424747 писал(а):
По доке надо или меньше 7нФ, или больше 3мкФ.


Ага. Они вообще молодцы, эти ребята из TI.
В пункте 10.2.2.1 предлагают взять "для примера" 100нФ. А в пункте 10.2.2.2.3 предлагают посмотреть region of stability. При этом оказывается, что 100 нФ попадает ровно в середину нестабильной зоны (в логарифмической шкале ёмкости).

-- 08.11.2019, 21:42 --

Кстати. Источником иголок оказался ноут. Именно сам ноут, а не его внешний БП.

И ещё выход детектора на резистор нагружу, как на макетке делал - среди шума на выходе явно разглядел ВЧ составляющую с частотой генератора.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 69 ]  На страницу Пред.  1, 2, 3, 4, 5

Модераторы: Toucan, maxal, PAV, Karan, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group