谁能理清这个原里图？

littleshrimp

谁能理清这个原里图？ [复制链接]

@zca123 @jackfrost @蓝雨夜 @snoweaglemcu

这是论坛里TI低功耗活动一等奖的设计LCR表，今天想研究一下原理，由于水平有限怎么也搞不通
第一张图的的HC端是信号源，经过导线连到HP,接入放大器一端
同时还经过要测量的器件Zx连接到放大器的另一端

如果被测Zx是一个电感，两端的电压会不会有一个相位差?如果有的话，两个不同相位的信号通过放大器会得到什么？

还有第二张原理图，更是看的一头雾水，在进入PGA AD8231之前的电路结合第一张图应该是怎样连接的？


https://bbs.eeworld.com.cn/thread-449061-1-1.html

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-455668-1-1.html

Mini_LCR_V1.1.pdf (719.21 KB, 下载次数: 30)

2015-11-4 14:40 上传

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maychang

“如果被测Zx是一个电感，两端的电压会不会有一个相位差?”
这话问得有些让人摸不到头脑。
“两端的电压”，是一个电压，怎么会有相位差？相位必是两个量相互比较而得出。
例如电感两端的电压和电感中的电流，这是两个量，一个是电压，另一个是电流，它们之间有相位差。

maychang

第一幅图的工作原理，无非是测量Zx两端电压和通过Zx的电流，然后计算。
图中标注Vu的，是待测元件两端电压，标注Vi的，是通过待测元件的电流。

littleshrimp

maychang 发表于 2015-11-4 15:13
“如果被测Zx是一个电感，两端的电压会不会有一个相位差?”
这话问得有些让人摸不到头脑。
“两端的电压 ...

见笑了

我是这么理解的，您看对吗？LP端和LC端是连在一起的，LP代表的是经过Zx后的电压，LP端的电压是不是也就决定了经过Zx的电流？如果Zx是一个电感，电流会晚电压90度吗？
那LP的电压如果能代表经过Zx的电流，LP的波型（（相位？）不知道应该怎么表达了）会不会和HP的差90度呢？

littleshrimp

maychang 发表于 2015-11-4 15:16
第一幅图的工作原理，无非是测量Zx两端电压和通过Zx的电流，然后计算。
图中标注Vu的，是待测元件两端电压 ...

我的理解可能是错误的，现在的问题就是自己还没别开这个劲，基础不好理解这个特吃力，还请老大多多指点。

07611128

这个是彩虹的@彩虹

maychang

littleshrimp 发表于 2015-11-4 15:35
见笑了

我是这么理解的，您看对吗？LP端和LC端是连在一起的，LP代表的是经过Zx后的电压，LP端的电 ...

原图最上面的一个运放(输出端为Vi)，是电流/电压变换器或称跨阻放大器，其输出电压Vi与Lc处2输入电流成正比，比例由反馈电阻决定。其同相输入端接地，根据“虚短”，反相输入端也是地电位，即Lp和Lc端均为地电位。
从上面数第二个运放(输出端为Vu)，两输入端分别接到待测元件两端，所以该运放两输入端之间就是待测元件两端电压。从输出端标注Vu，也表明这一点。该运放若没有反馈电阻，则该运放是有限增益。
如果Zx是一个电感，理论上通过电感的电流落后于两端电压90度。然而实际的电感总含电阻(包括铜线的电阻还有铁芯损耗等等)，所以实际上不到90度，但相当接近。

littleshrimp

maychang 发表于 2015-11-4 16:37
原图最上面的一个运放(输出端为Vi)，是电流/电压变换器或称跨阻放大器，其输出电压Vi与Lc处2输入电流成正 ...

我好像有点理解您的意思了，但我总觉得实际的波形应该是这样呢？

maychang

littleshrimp 发表于 2015-11-4 17:09
我好像有点理解您的意思了，但我总觉得实际的波形应该是这样呢？

实际的波形应该是这样.

maychang

littleshrimp 发表于 2015-11-4 17:09
我好像有点理解您的意思了，但我总觉得实际的波形应该是这样呢？

老弟的图，未免……

snoweaglemcu

我来说一下这些问题
       先明确Lc这个信号，这个信号接在U4A的Pin2，根据运放特性可以知道和Pin3电位相同，网络标号是VGND，这是电路中设置的虚拟地电位，大概在1.6V左右，所有的交流信号以此为零点。Hc是信号激励端，Hp是高端电压采样，Lc是低端电流采样，Lp是低端电压采样。Hc-Hp接在一起，Lc-Lp接在一起，这样构成开尔文接法，消除引线电阻对测量的影响。
       然后我们说说波形的问题，那么假设被测件是电感，我们知道理想电感是电压超前电流90度的，那么这个信号实际也是可以从电路中看到的。看下面我发的图。
      
      假设Hp和Lp两端的信号是这个样子的，那么电流波形就是图中标“电流”的那个地方，就是落后电压信号90度，不过可惜这个信号是看不到的，但是间接反映在Vs信号上，这其实是一个I-V转换电路，Vs信号是电流信号再翻180度，如图所示。
      

   
        接下来是放大器部分前半段的简图，注意运放也是有控制端的，高有效。U7是二选一模拟开关，让这部分电路有了两种方式，由Mea_Ctr2控制，看到吧，上图构成一个3倍的类似仪放的放大器，下图则是一个1倍的放大器。
       电路图中Mea_Ctr0和Mea_Ctr1分别控制两组放大器，电压通道和电流通道，根据差分的关系，分别为Hp减Lp和Lc减Vs，可以理解为高端减低端。电压通道是高端减低端自然没有问题，电流通道的Lc-Vs，实际上把之前Vs移相的180度又给抵消了。这样过了AD8231后到达ADC的信号就像第一个图前两个波形，分别是电压和电流，有90度的相位差。
       电路是分别采样电压和电流信号，然后在单片机中做处理，利用同步电路(就是个过零比较器)，电压和电流信号都在信号源的过零点启动采样，采样率和信号源频率有严格的倍数关系，具体可以看我之前发的帖子。
       希望可以帮到你哦

littleshrimp

maychang 发表于 2015-11-4 17:58
实际的波形应该是这样.

这回好像明白了，是用于检测电流的放大器U4A把LC和LP的电压维持在VGND对吗？

littleshrimp

snoweaglemcu 发表于 2015-11-4 21:27
我来说一下这些问题
       先明确Lc这个信号，这个信号接在U4A的Pin2，根据运放特性可以知道和Pin3电位相 ...

谢谢老大的耐心回答，现在我已经能大概理解这个电路的原理了，不过是还有点问题不太明白，
因为你说了，理论上LP和LC都等于VGND，那测量电压的时候可不可以直接测量HC与VGND之间的电压？比如第一张图那样？
如果当时MSP430FR5969有DAC，电路图可不可以简化成第二张图这样呢？
或者直接省去用于检测电压的ADC1，而直接使用DAC数据呢？

maychang

littleshrimp 发表于 2015-11-5 09:21
谢谢老大的耐心回答，现在我已经能大概理解这个电路的原理了，不过是还有点问题不太明白，
因为你说了， ...

“测量电压的时候可不可以直接测量HC与VGND之间的电压？”
你的ADC输入阻抗足够高就可以。

“或者直接省去用于检测电压的ADC1，而直接使用DAC数据呢？”
猜测你是要用DAC产生测试所需要的正弦交流信号，以省去一个ADC。如果是这样，你的DAC输出精度必须足够高，不仅是幅度准确，相位也要准确。这样mDAC输出不能加滤波，因滤波必定带来相移。而两个ADC方案，对测试所需要的正弦交流信号的幅度等没有要求，只要求稳定不变化。

ADC符号，应该尖的一端是输出。

maychang

littleshrimp 发表于 2015-11-5 09:02
这回好像明白了，是用于检测电流的放大器U4A把LC和LP的电压维持在VGND对吗？

是的。所谓“虚短”就是这个意思。电流完全被反馈电阻所吸收。

你的图中出现两个标号：GND和VDD/2，两个标号必须是同一电位，即同一点，用同一标号。

littleshrimp

maychang 发表于 2015-11-5 09:45
“测量电压的时候可不可以直接测量HC与VGND之间的电压？”
你的ADC输入阻抗足够高就可以。

“或者直 ...

谢谢老大，我好像终于弄明白了 。
ADC符号我是在其它产品的数据手册上看到的

littleshrimp

maychang 发表于 2015-11-5 09:49
是的。所谓“虚短”就是这个意思。电流完全被反馈电阻所吸收。

你的图中出现两个标号：GND和VDD/2，两 ...

我想用VDD/2来代表VGND，就是电路里的虚地，GND是电路中真正的地。

snoweaglemcu

maychang 发表于 2015-11-5 09:45
“测量电压的时候可不可以直接测量HC与VGND之间的电压？”
你的ADC输入阻抗足够高就可以。

“或者直 ...

理论上这个样直接测量HC和VGND之间的电压是可以的，但实际还真没这么干，原因在于HC的信号通过被测件后到达VGND，但别忘了，被测件之后到VGND这一段是有电阻的，这一段也会算在被测件上而产生误差，这个对于LCR这种高精度玩意来说是不能接受的。通常，我们是直接把测量点放在被测件两端，即Hp和Lp点，使用差分放大器。
如果带DAC的话，可以这么干，而且效果会更好。但是测量来说还是要测一次电压，再测 一次电流

maychang

snoweaglemcu 发表于 2015-11-5 19:05
理论上这个样直接测量HC和VGND之间的电压是可以的，但实际还真没这么干，原因在于HC的信号通过被测件后到 ...

你说得一点都不错。
首帖图采用开尔文接法，端子分为p和c(电位和电流)以避免误差。但在13楼，楼主没有采用开尔文接法，是简化的理想电路。
不采用开尔文接法是有条件的，即简单接法而产生的误差在可以接受的范围内，通常是中等到较高阻抗情况。

suoma

          电压比较电路