Всем доброго дня!
Появилась задача измерения частоты на МК, прошу совета.
Исходные условия:
* LC-контур генерирует частоту около 8 кГц, сенсор - катушка. Изменение частоты резонанса при приближении предмета используется для дальнейших вычислений.
* Надо обеспечить разрешение по частоте не хуже 10-3 Гц, лучше - 10-4.
* Измерение всегда проводится в два этапа: без предмета и сразу же с предметом, чтобы исключить влияние long-term stability у кварца, а также термоэффектов у катушки и конденсатора.

Предполагается реализовать на STM32 с 32-битным таймером в input/capture, с накоплением некоего кол-ва периодов входного сигнала в течение 1-5 сек.

Вопросы:
1. Как правильно выбрать тактовый генератор для МК под эту задачу? Предполагаю TCXO, на 24 Мгц.
2. Какие погрешности и как надо учитывать для данной задачи? Со систематической (дискретность таймера) понятно, как правильно учесть джиттер TCXO и аналоговые шумы?
3. Рекомендации по защите от шума?

Спасибо!

На мой взгляд Вам нужно делать автономный измеритель периода с тактовой частотой 10-100 МГц а МК будет только управлять измерениями и соответственно считывать результат.
Тогда и задирать частоту процессора не потребуется.

Т.е. просто внешний КМОП-счетчик с тактовым генератором для него?

Не подскажете, как правильно рассчитать погрешность для такого измерения? С систематической мне понятно, а вот как правильно учесть шумы измерительного контура и тактового генератора?

Вы правильно поняли насчет простейшего счетчика.
Однако точность измерений будет определяться зашумленностью входного сигнала в случае измерения 1 периода сигнала, ну и стабильностью тактового генератора для счетчика и точностью схем формирования.
Если Вас устроит быстродействие, то я бы предложил считать импульсы за 1000 сек и соответственно иметь точность 10-3 при нестабильности тактового генератора порядка 30-40ppm.

К сожалению, 1000 сек совершенно неприменимо. Максимум - 10 сек, не более.

Миноискатели опять в цене?

Ну так считайте длительность 8000 периодов с разрешением хотя бы 100нс (~1сек) и пересчитывайте в частоту.
Как раз и получите 1е-3Гц.
А для повышения С/Ш - узкополосный фильтр на ОУ.

Предложите автору Вашу разработку!

Ваш проект коммерческий? Есть одно симпатичное решение, пылится без дела

ТС хочет измерять частоту с абсолютной точностью: 10^-3 Гц, (лучше 10^-4 Гц),
что соответствует относительной точности: 10^-3[Гц]/10[КГц] = 10^-7 == 0,1 ppm, (лучше 0,01 ppm).
Это предполагает, что "нестабильность тактового генератора" должна быть, соответственно, не хуже: 0,1 ppm, (лучше 0,01 ppm)..

Автору надо матанализ выучить, а Вы ему про пипиэмы говорите.

Автор темы вроде бы ясно пишет, что его интересует кратковременная стабильность. Авторы двух последних постов объясните, пожалуйста, в чем суть вашей иронии

Встречный вопрос: сможете указать значение для "кратковременной стабильности частоты" обычных ширпотребовских кварцевых генераторов?

Цифру назовите, если можно.. И желательно, со ссылкой на datasheet производителя..

Для OCXO, я знаю, производители такие цифры (для short term stability, aka Allan deviation) обычно указывают, но как быть с дешевыми TCXO?

Или, как обычно, предлагаете положиться на русское "авось" и сослаться на гиганский опыт разработчика?

И будет ли ТС каждый раз ждать прогрева своего устройства в течение 30 минут после его включения?

Для погрешности измерения частоты 10^-3 Герц сигнал необходимо измерять 1/10^-3 Герц == 10^3 секунд со всеми вытекающими последствиями

Предлагаю вам, blackfin, и вам, mcheb, еще раз прочесть пост автора темы, свои реплики; сделать выводы самостоятельно. Возможное решение можно посмотреть тут:
http://www.ti.com/lsds/ti/data-converters/...aramCriteria=no

Внимательно посмотрите исходный пост: не с абсолютной точностью, а с разрешением.





Расскажите в двух словах, что за решение?
Лучше в личку.



Для TCXO условно общепринятыми значениями считаются 10-10 для short-term stability. Оно, конечно, нигде официально не указывается...
Видел то ли у KDS, то ли у NDK, уже не помню.



Поясните плз, исходя из каких предпосылок необходимо такое большое время накопления?



Мы уже попробовали LDC1612, для данной задачи не подходит. В теории - красиво, но в реальности шумы заметно больше ожидаемых. Нужного разрешения с этой микросхемой добиться не получилось.

Вот тут почитайте: измерение параметров (комплексной) синусоиды..

Возможно, это то, что вы ищете..

Абсолютная точность есть - 0 Герц

Господа, спасибо за ссылки. Не разбираюсь в ЦОС, попробую найти готовый алгоритм под задачу.
Подскажите, с помощью БПФ реально ли реализовать требование по точности в 10-3 ... 10-4 Гц, при частоте сигнала 8 +- 2 кГц?
Какие при этом предъявляются требования к АЦП? Какую разрядность / частоту сэмлирования надо обеспечить?

Думаю, ваш отрицательный опыт в применении этого чипа был бы весьма полезен здешнему сообществу. Не могли бы вы сообщить больше деталей? Какие возникли проблемы?

Может использовать преобразователь "частота-напряжение"? Например LM331.
А уже это напряжение мерить хоть АЦП контроллера, хоть каким-нить сигма-дельта 24 бита.
TI хвалятся, что можно достичь нелинейности всего 0.01% на 10кHz.

Предполагал и такой вариант, но зачем тут двойное преобразование?


2All: Подскажите схему стабильного LC генератора на ОУ плиз!
Собрал на макетке по схеме Колпитца (Colpits), почему-то выдает не совсем синус, и частота заметно скачет от напряжения питания.

Частоту сигнала с базой более 100 (сто полных периодов) можно измерить с разрешением 0.01%-0.001% (при SNR=5 и более).
Для 8кГц это даст 0.8Гц-0.08ГЦ.
На малых базах около 10, получается 0.1%. На базах менее 1 точность от 1% до 100% (-20..+100% на базе 0.01).

Если SNR очень хороший (1000 и более), можно попоробовать вытащить еще точнее (есть класс алгоритмов).
Важна еще стационарность, если есть перестройка частоты во время наблюдения, шансов почти нет.

Нужен образец сигнала, для оценки, лучше два разнесенных по частоте на 0.01-0.001Гц.
Сигнал можно получить с помощью DDS на хорошем TCXO.
Если все окажется легко и известно (по существующим публикациям), подскажу алгоритм.

Попробуйте тот вариант на компараторе, который используется в самодельных "генераторных" LC-метрах - сам по себе генератор исключительно надежный, сохраняет работоспособность при изменении номиналов L/C до четырех порядков, выход компаратора сразу на вход счета/захвата и ничего лишнего не потребуется. требуемые (для начала) ~1E-7 разрешения можно получить и за секунду измерения (с опорником от 10 MHz) и о стабильности опорника (TCXO, впрочем, не повредит по-любому, и на популярные частоты такие опорники доступны и дешевы) надо думать уже после того, как будет оценена стабильность генератора. А тут, IMHO, все в первую очередь зависеть от внешнего воздействия на контурный индуктор (понятное дело, от температуры будет ползти, от положения звезд на небе, но, подозреваю, найдутся и куда более весомые факторы). Начните с простого, наберите хоть какую-то статистику...

Ах, да - индуктивность датчика (примерно) ?
Принципиально важно именно измерение на частотах порядка 8 kHz ?
И именно резонансным методом ?

Если бы так просто было сделать на обычных LC стабильный генератор с ошибкой по частоте в 20 ppm,
производители кварцевых генераторов уже давно бы обанкротились..

Проблем с LDC особенно никаких не было, "завелась" сразу же. Потребовалось только выставить ток накачки контура, чтобы не перегружался.
Однако, шумы оказались заведомо выше ожидаемых.
Тем, кто планирует использовать LDC в своем проекте: смотрите внимательно даташит в разделе Application Information. В частности по требованию к установке периода накопления (RCOUNT), а также по времени измерения. Для наших частот время измерения при максимальном разрешении получилось около 20 сек, что явно находится за гранью разумного.




Спасибо за совет.
Если правильно понял, рекомендуется схема вроде этой: http://coolref.ru/files/1/d1e7dc7708ad2c65...ml_files/66.png ?



Индуктивность датчика - вопрос обсуждаемый. Сейчас на примете - 100 мГн, конечно, если есть возможность - лучше сделать поменьше.
Да, важно измерение на частотах порядка 5-10 кГц. Резонансным методом - да, крайне желательно, из соображений минимизации гармоник.





Да, разумеется.
Кстати, как-то нашлись м/сх интегрированных высокочастотных LC-генераторов с точностью порядка 100 ppm, допускающие подстройку напряжением. Насколько понял, выходят дешевле, чем кварцевый генератор.

В данной схеме идет речь только о высокой кратковременной стабильности генератора и низких шумах в пределах 1 сек .. 1 минуты.
Насколько понимаю, в диапазоне выше 10 Гц плотность шума может быть больше, т.к. используется измерение периода с накоплением от 1 сек.
Уход частоты на 0.001 Гц в течение более чем 1 мин также не скажется отрицательно на результате.

Да, в упрощенном виде это она самая.

Это я к тому, что есть интересная работа на тему прецизионного измерения малых индуктивностей (авторы Vojko Matko и Karel Jezernik), но там другие порядки индуктивностей и частот...

Нет ли у Вас более полного варианта и правила расчета резистора в обратной связи?

Сошлюсь на оригинальную схему с www.aade.com - http://www.aade.com/manuals/lcm2b%20kit.pdf

[offtopic ON]
Гениальная в своей простоте конструкция. Уж сколько народу ее повторяло, копировало и усовершенствовала. К сожалению, автор недавно умер. RIP.
[offtopic OFF]

Не худо было бы увидеть нам, советчикам, фотографию вашего прототипа, чтобы советы стали более предметными и полезными для вас. Вы, вроде бы, использовали EVM для этого чипа? Нельзя ли показать вид вашего девайса? Это, разумеется, чисто для оценки всяческих подводных камней вашего проекта и большей эффективности дальнейшей беседы.

iDiode, нет, пока нельзя. Ответьте на личку!