Доброго дня, уважамые форумчане!

Делаю генератор на базе схемы Колпитца, для преобразования "индуктивность - частота". Выход генератора подается на компаратор, период подсчитывается с помощью таймера МК. Частота генератора - низкая, несколько кГц.

На выходе постоянно наблюдается пила с периодом следования возмущений порядка 30 сек:


Общее падение частоты - результат термоэффектов на катушку и конденсаторы, и в принципе фильтруется в ПО.

С чем могут быть связаны эти регулярные возмущения, сталкивался ли кто-нибудь?

Генератор собран по схеме http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/colpitts.html , соотношение конденсаторов 1 / 5, резисторы ОС 3К3 / 1К, подпитка контура 250 Ом, ОУ Rail-Rail IO, питание однополярное со смещением входа ОУ делителем 1К/1К от питания. На схему генератора выделена своя LDO.

А зачем делать «преобразование "индуктивность - частота"»?

Приветствую! К тому, что обсуждалось раньше, это сейчас видится наиболее простым и надежным способом.
Есть вариант лучше / проще?

Есть, конечно!

Например?

Спрашивайте по существу.

Существенней и некуда. Задача: измерить отклонение индуктивности с высоким разрешением. Сейчас сделан генератор на контуре.
Если есть иной, более подходящий вариант - пишите, обсудим (можно в личку, в т.ч. по коммерческому сотрудничеству).

В каких пределах "отклоняется индуктивность"? От 10^-100 до 10⁺¹⁰⁰ Генри?

"С высоким разрешением", это с каким? С разрешением 10^-100 Генри?

Базовое значение 10 мГн (миллиГенри).
Получить кратковременное (в пределах нескольких секунд) разрешение отклонения порядка 5 нГн (наноГенри) или лучше.

Вы по-русски читать умеете? Я вас про "базовое значение" не спрашивал.


Вы "точность" и "разрешение" не путаете?

Именно разрешение! Поясню на примере: схема должна отличать изменение индуктивности от 20 до 25 нГн, при этом, если изменение было 4 нГн или 8 нГн, а схема показала 5 нГн - этого вполне достаточно.

Тогда внимательно читаете "устройство и принцип действия измерителя иммитанса":

Иными словами, для измерения величины индуктивности "L" нужно соединить последовательно с этой индуктивностью измерительный резистор "R" известной заранее величины,
после чего нужно подать на вход этой "LR" цепи гармоническое напряжение известной амплитуды и частоты с выхода кварцевого генератора.
Измеряя амплитуду и фазу гармонического напряжения на измерительном сопротивлении "R" можно вычислить значение комплексного сопротивления Z = r + j*ω*L индуктивности "L".
Выделяя мнимую часть этого сопротивления находите величину индуктивности "L".

Если в эквивалентной схеме замещения индуктивности присутствует кроме сопротивления "r" еще и паразитная емкость "C",
то измерение надо будет сделать для двух разных частот.

Спасибо, думали о таком способе. Можно подавать синус с выхода ЦАП контроллера и с делителя L/R - на АЦП.
Однако, пока слабо представляю расчет погрешности для такой схемы измерения. Нет ли у Вас примера реализации прибора с таковым полумостовым включением и примера расчета погрешностей для него, с учетом погрешности резистора, ESR индуктивности и разрядности ЦАП / АЦП?

Там простые формулы. Их можно вывести самостоятельно за 15 минут.


Нет, таких примеров у меня для вас нет.

возможно с некорректной работой частотомера.

Если речь о том, что нужно иметь кратковременную стабильность порядка 1 ppm (5 мГ - 5нГ) то есть куча приборов с долговременной стабильностью 0.05% (500 ppm). Их кратковременная стабильность на порядок-другой лучше.
Они также смогут отделить изменение индуктивности от изменения сопротивления. Называются они измерителем RLC.

То есть, Вы хотите отловить относительное изменение 5*10^-7? Не хило.
При ловле ТАКИХ блох может быть всё что угодно - от каких-то процессов в самом ОУ, в контактах резисторов, до погрешности частотомера и периодического включения холодильника в кухне у соседа.

То есть нужна частота - под мегагерц, не меньше. На мой скромный взгляд- Колпитц задумчиво курит в сторонке.
Может быть есть смысл возбудить контур на падающей характеристике туннельного или обращенного диода. Чем меньше элементов - тем лучше.
Впрочем, никаких гарантий, прямых или подразумеваемых (с)

Спасибо, попробую...



Спасибо, не могли бы пояснить подробнее, в чем именно может заключаться некорректность работы частотомера? Мы используем таймер на STM32F3, к сожалению, стационарных приборов с требуемой погрешностью нет (все что есть - выпущено лет 30-40 назад).

Мы разрабатываем устройство для измерения физических величин, вызывающих столь малые отклонения индуктивности, поэтому, боюсь, измеритель RLC вряд ли поможет.



Первичник исходя из "внешних" требований допускает не более 10 кГц.
Да, при тестировании генератора - только макетки, только SMD, заливка землей, все телефоны отключаем и т.п.

Вот именно это я и имел ввиду. На таймере процессора точно измерить частоту чрезвычайно трудно. Но стандартный частотомер имеет погрешность менее 10^-8 (систематическую, кратковременная еще ниже) - чем он вас не устраивает?

Такой точности никакой LC генератор не даст. Частота будет плыть от всего, в т.ч. и от изменения сопротивления и это принципиально.

Вам нужен именно измеритель индуктивности, который будет раздельно измерять индуктивность и сопротивление.

Посмотрите файл - это результаты измерений воздушной (простейшей, медь) индуктивности на 1 кГц.
Использовался простейший RC генератор собранный на коленке (плавает все, в т.ч. и форма).
Измерения проводились двухканальным вольтметром (мостовая схема, одно плечо R-R, другое R-L) при изрядной болтанке температуры (обратите внимание как плавает сопротивление).
Вольтметр измеряет напряжения, разность фаз и частоту двух сигналов синхронно - параметры R и L считаются по его показаниям. Время одного измерения - порядка 300 мсек.
При работе от хорошего стабильного генератора и термостабилизации можно получить и доли ppm.


Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Пила может появиться от джиттера умножителя STM32 - у вас наверняка включено умножение основной частоты.

Для измерения индуктивности я бы попробовал измерять сдвиг фаз между базовой частотой и пропущенной через L.

По результатам испытаний, самый нестабильный элемент - это конденсатор. Пришлось подобрать хорошую керамику.

Расскажите, как у Вас сделан входной каскад, на чем? Как измеряется разность фаз? Просто два компаратора? Или АЦП + ЦОС?




Да, верно, используется PLL. Попробую найти хороший ТСХО с достаточной частотой и испытать с ним.

Сдвоенный синхронный 24-битный сигма-дельта АЦП с частотой выборок порядка 25 кГц + не совсем стандартная обработка фурье.

Чисто любопытно.. А что использовали в качестве эталонной индуктивности с точностью в 1 ppm?

С этим, как раз, проблем не было. Работали с метрологами, схема переноса эталона.