Микрон-ГЛИН: размышления

Рассматривал на досуге графики ошибки скорости, и заметил, что по большей части, все они имеют схожую форму. По крайней мере мне кажется что какая-то закономерность в них есть.

Вот пара примеров:

После этого я начал размышлять о природе этой ошибки. Похоже это ошибка не “статическая”, как скажем какой-то одинарный всплеск на графике из за нелинейности. А “динамическая”, так как речь о скорости, и имеет выраженные регионы нарастания ошибки скорости, то есть регионы где она растет в прогрессии.

В текущей рабочей “идее” отброшены варианты на которые я никак не могу повлиять, такие как “проблемы мультиметра” и проблемы матрицы ЦАП.

Сама-же рабочая идея гласит: Поскольку при всех скоростях ЛИН, ошибка имеет одну форму и одинаковый порядок цифр, а именно, укладывается в диапазон 40…70нВ/c, существует явно не нулевая вероятность, что речь идет о тепловом эффекте. Причем, так как вид и характер ошибки явно повторяется, это не ошибка дрейфа температуры окружающей среды, к тому-же она с ней не коррелирует.

Досконально изучив даташиты компонентов, я сделал предположение, что всему виной может быть ОУ драйвера питания матрицы OPAx140. Даташит ЦАП-а показывает, что в зависимости от отдаления кода матрицы от среднего кода, ток питания матрицы меняется по экспоненциальному закону.

А я как-раз где-то в районе средних кодов наблюдаю плато, и ближе к углам “загиб” графика скорости. И этот эффект на графике скорости как раз может дать процесс подчиняющийся экспоненциальному закону.

Почему подозрение пало на беднягу OPAx140, ведь казалось-бы это самый что ни наесть прецизионный ОУ? А вот по тому, что он по сути выступает в роли источника питания матрицы, с выходными токами до 5+ миллиампер. При этом на самом этом ОУ “падает” 10В, а это изменение от 20 до 50мВт тепловыделения на кристалле ОУ, и это только в случае когда ОУ абсолютно идеален, а на практике дрейф тепловыделения может достигать куда больших значений!

Даташит OPAx140 гласит, что на каждый градус измерения температуры кристалла, возможно изменение Vos до 1 мкВ. Это согласуется с данными по дрейфу скорости.

Возможное решение было найдено: мне известен класс ОУ который по этому параметру значительно превосходит OPAx140, это ОУ с чоппер архитектурой:

Современные чопперы легко обеспечивают температурный дрейф Vos не более 0.015мкВ. И если причина в нем, а так-же если не вылезут значительные косяки теплового дрейфа пайки, то замена на чопперы должна помочь.

Они к сожалению имеют большой ряд недостатков, но я все выходные был занят расчётами, и оценкой применимости их в моей конструкции, и похоже две модельки чопперов туда встать должны, без значительных негативных эффектов.(речь о ADA4523 и ADA4522)

Так-же я на досуге перечитал статейку ученых из PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt) национального института метрологии Германии, именно на них сегодня ровняется вся(без исключений) Европа.

Так-вот, они на своем ГЛИН-е получали Relative Standard Deviation (RSD) 1.3E-5. У меня на текущем концепте RSD составляет 2.6E-5, если мои потуги в плане ОУ оправдаются, и RSD понизится менее чем у PTB, я буду считать ГЛИН завершенным. blush

Так-же произвел вычисления INL разными мультиметрами, на разных скоростях ЛИН-а, видна явная сходимость, и явное превышение допустимого INL ЦАП(76мкВ макс). 

Если идея с ОУ не поможет, то как один из вариантов решения проблемы, я вижу вариант ввода коррекции частоты LDAC по коэффициентам полинома 3-го порядка. Благо, что блок формирования частот способен скорректировать столь малые ошибки INL. И данная “степень свободы” настройки системы у меня фактически не задействованна, т.к. я сейчас использую DDS только для выдачи одной фиксированной частоты. Но никто мне не мешает проводить корректировку частоты по мере перебора кодов на ЦАП-е.

Микрон-ГЛИН: размышления: 5 комментариев

  1. Получить на коленке собранном ГЛИНе да и еще с первого раза девиацию всего в два раза выше чем PTB, это воистину божественный результат.

  2. Вопрос : а если OPAх140 разгрузить по току(мощности) с помощью эммитерного или истокового повторителя охваченного обратной связью? Или схемотехника не позволит ?

    1. В теории – можно.
      На практике – плата уже спаяна. Попробовать заменить ОУ, это еще как-то допустимо. Но менять схему, пожалуй нет.

      В любом случае – сейчас идет сбор данных о проблемах конструкции. Буду ли я ее переделывать – посмотрим.
      Тут очень много мне в новинку, по сути я ее делал в слепую, без опыта работы с 20-ти битными цапами, без должного опыта с линейниками, без опыта вообще генерации функции dU/dt. Этот прототип по сути своей сейчас дает мне бесценные данные.

      Вот когда наберу данные и пойму что он себя исчерпал, тогда подумаю о переделке. Как-то так….
      Но я опасаюсь, что после ввода цифровой коррекции скорости через корректирующий коэффициент частоты LDAC, рассчитанный из полинома фактически измеренной ошибки, ни один из моих приборов не сможет учуять его ошибку. По этому если даже я его переделаю, я не смогу толком проверить результат.
      Короче говоря, надо думать и пробовать.

Добавить комментарий