Возникла довольно нетривиальная задача:
Оцифрить сигнал с максимально высокой точностью.

Полоса десятки герц, Временная стабильность десятки часов.
Эфф. Разрядность > 24.

Хорошо осознавая всю нетривиальность задачи прошу скромного совета:
Как поверить АЦП с эфф. разрядностью от 18 бит.
Какие посоветуете ЦАПы для DDS на эту разрядность
которые реально купить в Мsk за реальные деньги.

Кто нибудь что -то подобное делал.

Боюсь, что никак, особенно за реальные деньги. 18 бит- это 0,00019% погрешности только от квантования по уровню, если считать её как половину МЗР. Или, по другому- шаг квантования составит 38мкВ при опорном напряжении 10 В. К примеру, лучшие калибраторы вольтметров типа отечественного Н4-7 или импортного Fluk имеют погрешность порядка 0,001%. Н4-7 стоит примерно 400 000 р., а Fluk всего около 30 000, правда евро. Можно обратиться в институт метрологии им. Менделеева- у них госэталоны...А вообще, подобные вопросы здесь уже неоднократно поднимались, и периодически продолжают всплывать. Полезно было бы всегда предварительно элементарно посчитать, и не верить мифам, которые пишут в своих спецификациях нек. производители.

Начнем с того, что задача сразу делится на 2:
1) Опорное напряжение. Тут надо точно измерить, хотя на такой дискретности измерения как правило идет ратиометрическо измерение с калибровкой под измеряемые физические величины, ибо создать настолько точный источник опорного напряжения представляется очень сложным, пока на грани фантстики. Чтобы ответить на ваш вопрос надо знать больше о том, что вы собиретесь оцифровывать. В любом случае для опорника вы можете создать микроклимат чтобы исключить расплытие по температуре, остается тоько старение и шумы. Старение вас наверное не коснется, а по шумам - разводите правильно плату.
2) Характеристики АЦП. Тут уже легче. Но на такой дискретности саму большую погрешность вносят собственные шумы АЦП и всех близлежащих деталей, то есть надо пользоваться оверсэмплингом. Если полоса дестки герц, то вам наилучшим образом подойдет сигма дельта. Их прелесть в том что у них априори по конструкции заложена восхитительная линейность, которую доказывать зачастую и необходимости нет.

Если вы имеете ввиду собрать устройство и вы будете знать что там такая (точность - врядли) /(дискретность - вполне возможно) (это разные вещи). Поверить (гос. поверка или метрология) - практически невозможно ни в том ни втом варианте, либо будет стоить во много раз больше самого прибора.

Старение- главный враг прецизионных устройств. Все остальное ещё как-то поддается исправлению, хотя бы частично.Упомянутые калибраторы имеют заявленную точность только в течении 90 суток. после этого нужно их заново калибровать по высококлассному эталону вроде нормального элемента. С шумами тоже непросто- даже если вы все сделаете идеально, все равго останется шум Джозефсона, который реально будет превосходить шум квантования для этого случая. Правда, проблема решается усреднением по длительному промежутку времени, за счет быстродействия.




Их прелесть в том, что у они обеспечивают принципиальную монотонность характеристики, линейность зависит от многих конструктивных факторов и качества конкретного прибора, хотя, конечно,значительно выше, чем у приборов типа послед. приближения. Монотонность позволяет, в принципе, скорректировать характеристику, но тут опять проявляются ограничения, связанные с её временной стабильностью, т.е. то же самое старение.

Неаттестованный измерительный прибор- нонсенс, разве только вы сами его откалибруете по эталонам перед применением. Но и в этом случае вы хотя бы для себя должны убедиться в его стабильности хотя бы на время измерения. А это все возвращает нас к самому началу...

Согласен, хотя поверил автору что "Временная стабильность десятки часов."
Поэтому и было предположение, что его это не коснется.

А вот насчет монотонности тут да. Очепятался. Ее и имел ввиду.

Хотя по опыту, все шумы усреднением решаются вплоть до 22-23 бит без особых проблем.

да и на десятки часов ему врядли сделать удасться -если он только нормальный элемент не вставит вместо опорника...и то останется после усреднения шумов интегральная нелинейность (её нестабильность, я имею ввиду)

Ну нетривиальных задач тут сразу две. Одна - поверить, а другая оцифрить. У нас схожие проблемы. Начали работать с 24 разрядами АЦП. Слава богу, наше изделие не требует официальной документированной поверки. Однако, хотелось бы убедиться в заявленной точности. Вот тоже думаем: КАК? И приходим к выводу, что проще и дешевле поверить призводителю в его заявленные х-ки (в нашем случае это AD).

Тут небольшая описка - эффект Джозефсона - это про туннелирование сверхпроводящего тока через изолятор.
А про шумы - Джонсон говорил...
Видимо навеяно эталонами на основе эффекта Джозефсона...
Про стабильность... Как-то попалось описание 24 разрядного ЦАП. Так его бедного несколько месяцев в печке жарили и еще что-то подобное делали чтобы временной дрейф прикончить. И цена была соответствующая.

[quote]Tanya[/quote] Тут небольшая описка - эффект Джозефсона [quote]

Ага, когда сочинял это послание, руки чесались человека за СКВИД-ом направить, вот и напечатал автоматически. Спасибо за поправку.

[quote]SALOME[/quote] Начали работать с 24 разрядами АЦП. Слава богу, наше изделие не требует официальной документированной поверки. Однако, хотелось бы убедиться в заявленной точности. Вот тоже думаем: КАК? И приходим к выводу, что проще и дешевле поверить призводителю в его заявленные х-ки (в нашем случае это AD).

Это называется самообман. Метрология как раз и имеет в качестве основного постулата утверждение, что прибор имеет такую точность, на какую его аттестовали, или в какой убедились хотя бы для себя.
Вообще, как по вашему, почему западные фирмы (серьезные, разумеется) покупают только те приборы, вместе с которыми прикладывается пачка сертификатов? И почему серийные измерительные приборы, которые построены на основе тех же AD77xx, имеют гораздо более скромные характеристики точности? И сколько бы стоил AD77xx, если бы изготовители действительно проверяли все его метрологические характеристики, а не только дифф. нелинейность? Кстати, под таблицей основных параметров AD77xx есть куча интересных условий, при которых гарантируется то, или иное- например, "после рекалибровки" или "после калибровки в рабочем диапазоне температур" и т.п.

Для AD77xx, кстати, гарантируется только 24 разрядное "no missing codes", причем только для самых медленных режимов, о чем честно написано в документации. Вы попробуйте для начала разрешение в 19-20 разрядов, обещанное в паспорте, получить. Без требований к линейности. Вопросы сами и отпадут.

AD, в числе немногих, вообще говоря, достаточно честна в спецификациях- только нужно их читать полностью и внимательно, обращая внимание на условия гарантии тех или иных параметров. А вот в правом (или левом?) верхнем углу ДШ- это реклама.

У меня сильные сомнения, что это вообще можно сделать за разумные деньги. Если посмотреть на промышленные измерительные приботы (то есть когда производитель выдает метрологический сетрификат), то с разрядностью 25 бит (7 знаков) и более на переменное напряжение с временем измерения менее секунды - то по-моему таких нет.

С переменным током вообще плохо, особенно на низких (менее 60 Гц обычно) частотах. Здесь доступны эталоны не лучше нескольких сотых %. Если не брать во внимание высококлассные эталоны, работающие по определению- измеряющие выделяющееся на резисторе тепло. Самый точные доступные приборы на эти частоты- это стрелочные, а не цифровые, как ни странно, с классом не лучше 0,1. На более высоких частотах дело получше- но все равно, те же сотые %. 7 знаков, даже 6- это недостижимо и на постоянке, кроме как на госэталонах. 10^-5- точность дорогих калибраторов.

Кстати, производитель, как правило, сертификат не выдает. Его выдает организация, аккредитованная на это дело и имеющая соотв. лицензию, в нашей стране- Госкомитета по тех. регулированию (Госстандарт по старому). Нек. приборостроительные предприятия у нас имеют на это право.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Ну вот что дает КИТ для данного АЦП при замкнутом входе. По моему, не так плохо...Хотя может приданная оболочка врет?



Я думаю потому, что им не хочется таскаться по судам. Серьезные фирмы потом ПРОДАЮТ изделия. И им не хочется таскаться по судам, доказывая заявленную точность. С помощью сертификата просто переводят стрелки. У нас немного другая задача...

Может быть, не совсем то, что Вам нужно, но, для информации, посмотрите, несколько приборов на 24 бита... тут же и есть некоторые выдержки из методики их поверки... (в описаниях *.PDF) и некоторые реальные характеристики...

http://www.rudshel.ru/production/data_acqu.../leonardo2.html

http://www.rudshel.ru/production/data_acqu.../la-i24usb.html

От себя добавлю, что собственно измерение и поверка - это относительные операции по сравнению с эталоном ... по выбору эталона - большая проблема... об этом уже сказано, но актуальна и задача "правильного" подключения , выбор материалов (пар материалов), симметрирование схемы, выбор точки защитной цепи и заземления.


...хотя в ГОСТе на АЦП до сих пор основные характеристики дифференциальная и интегральная нелинейность... существуют программы, которые на основе оцифровки качественного гармонического сигнала рассчитывают эти характеристики...

Как уже было замечено, эталонное напряженние лучше формировать в термостате. Равно туда же есть смысл положить и АЦП, возможно и с усилителем на Zero-Drift ОУ или других прецизионных, например, AD8672. Хотя можно попытаться взять опору с термостатом (у Linear есть супер-дупер), но, ИМХО, для таких целей лучше таки всё аналоговое запихать в термостат, а по интерфейсу - сделать хорошую развязку с малой проходной емкостью, а питать автономным источником (аккумулятор рядом). Я бы интерфейс сделал с преобразователем RS232/USB (TTLRS232/USB), от того же USB питал бы термостат (и в экран всё), аналоговую часть питал бы от аккумулятора, АЦП - CS5531 или LTC2444, опора ADR440 или рядом, ну и диффусилитель с диффвыходом на AD8629 и хороших резисторах применил. Ну и пайка входов чем-нить типа серебросодержащим припоем, а контакты ввода с позолотой и/или хороший кабель. Ещё можно посмотреть на весёлые продукты от Advanced Linear http://www.aldinc.com/ps_contrdualslope.htm

Ненадо формировать опорное напряжение вообще. Сооружается схема под названием цифровой компаратор. Которая сравнивает код на выходе ацп с заранее установленным. В зависимости от того, код больше или меньше, на обычный интегратор на ОУ подается сигнал поднять или опустить напряжение. Выход этого интегратора поступает на вход АЦП, и на вход прецизионного вольтметра keythley. Все. Перебирая коды с компьютера дожидаемся установки интегратора. меряем напряжение вольтметром и сравниваем с установленным кодом. При желании можо в компаратор ввести блок измерения статистики ошибочных кодов (все равно его сейчас на плис реализуют, особенно для ацп с сериальным выходом).

Проблема достать, но приобретенные, потрясли своими характеристиками...

http://www.thaler.com/thchtml/SelectorGuid...r_refs3000.html

Уважаемый khach

...Ненадо формировать опорное напряжение вообще. Сооружается схема под названием цифровой компаратор. Которая сравнивает код на выходе ацп с заранее установленным...

может быть, недопонял, но для такого (вспомогательного) АЦП все равно нужна опора..., и от ее характеристик все равно зависит конечный результат...

Т.е. "рация на танке";) - опора в вольтметре

nicom
Если АЦП с внешней опорой, то применяем ту, с которой он будет работать. Мне AD780 нравится. А как ее обвязывать, термостабилизировать, компенсировать- это отдельный вопрос.
По поводу опоры в вольтметре- это проблема фирмы Keithley и NIST, главное чтобы сертификат поверки прибора был действительный. Нет, ну при желании можно калиброваться и по сквидам, по квантовому холлу итд. Из первых принципов, так сказать. Но гелий жидкий нужен. Сверхпроводящий компаратор токов на сквиде, компенсация магнитного поля итд. Вам оно точно надо с такой точностью?

Вы шутите? Разбежаться покупать хороший вольтметр вместо сделать термостат и померить иногда хорошим вольтметром хороший опорник? Мне в голову не приходило - ездил в ЦСМ, там после прогрева обмерял свой ИОН, а затем его на месте (считай в поле) использовал. Просто вместо цифрового компаратора применял другое - сообщал калибруемому (можно было бы и поверяемому, но зачем?) прибору величину заданного сигнала. Вроде бы всё то же, ан нет - в системе АЦП используется только один. Похожий вариант используется повсеместно (например, калибровка тех же ADAM-ов) - задаётся с определённой точностью макимальное напряжение и сообщается, что вот оно "напряжение шкалы", но всё-таки это не одно и то же.
Сама же "поверка АЦП" скорее есть некая поверка канала с определённым набором проверок. Интересно, что же нужно автору? А то мы действительно дойдём до

Большое спасибо за советы, в качестве ИОН подумываю об AD780 (khach спасибо), АЦП, ИОН и обвязку как говорил sensor_ua в экранированный термостат, гальваническая развязка по цифре видимо оптронами, питание от подзаряжаемого аккумулятора.

ЦАП для поверки - больной вопрос, пока думаю как ?.

Поверять AD780 буду на нормальном элементе.
Постараюсь исследовать как плывет 780 по времени отностительно н.э, если дрейф аппроксимируется полиномиальной функцией то на таймере (M41T81) и AD8400 планирую сделать подстройку, лапки у 780 для этого вроде есть. Управлятся это все будет микропроцессором.

Входные аналоговые цепи понятно что надо паять чем нибудь сребродержащим, а что делать с входным разьемом не знаю, пока планирую РС4АТВ.

Ну если вольтметр уже есть... Ведь по калиброванному опорнику можно получить только одну точку. А как быть с нелинейностью шкалы, сдвигом нуля, пропущенными кодами итд. По методике поверки читаем http://ts.nist.gov/MeasurementServices/Cal...ons/Voltage.cfm и сопутствующие документы там же. Вообще, NIST секретов из методик неделает, все можно найти в пдфах у них на сайте.
С самодельным калиброванным опорником есть еще прикол с зависимостью от тока нагрузки- воткнул в поверяемую цепь с другим вутренним сопротивлением - и поплыли. Ну и старение ненадо забывать. А оно иногода нелинейное бывает и скачками. Поэтому лучше его в прибор упаковать (вольтметр или калибратор). Пусть прибор заботиться о термостабилизации, коррекции, таблицах калибровок, а еще в хороших навороченных калибраторах стоят три опоры и схема сравнения- если одна из трех опор поплыла, то кричим о раскалибровке прибора.
А по поводу АЦП есть встречный вопрос. Ели поверять 24 битник, то на проверку всех кодов никакого времени нехватит- интегратор устаканивается где-то 3 секунды, еще полсекунды на измерения итд. 2е24 точек непроверить никак. Где и с каким шагом надо мерять параметры АЦП чтобы иметь уверенность в его работоспособности? те. начало и конец диапазона, окресности нуля промеряем с минимальным шагом в 1 бит, а потом пролетаем весь диапазон с шагом в 4-6 бит? или при проверке всего диапазона используем генератор случайных чисел? или как?

...а "выездное" сравнение опорника у эталона ... не совсем правильное...
Например, столкнулись, что если Вы выключаете питание у опорного генератора - следующее включение дает уже отклонение, небольшое, но дает... при чем, непрогнозируемое... (режим после установления температуры с последующей той же самой выдержкой... спецы AD об этом знают... какое то свойство полупроводника... )

Для любителей извращений: надо делать автономную камеру с неотключаемым питанием...

24-х битное АЦП (используем CS5532 (рекомендованный CS5531 sensor_ua, только двухканальный) - дает, пожалуй, самый оптимальный результат в плане точность/стоимость... и на пределе 2.5В дергается только последняя циферка... (не на всех, правда пределах чувствительности и частотах...)

а вообще то, надо исходить от задачи... и требуемых и допустимых погрешностей, ... и общей стоимости...

Отчего же, известное дело. И врятли от него куда деться. И не только у полупроводников. В общем случае попадает в долготемпературную и долговременную нестабильности, но ещё есть интересный параметр - температурный гистерезис. Как-то с одним уважаемым человеком из ЦСМ наш начальник пивал много коньяку, потому как тот проспорил - у платиновых термометров-сопротивлений этот парметр есть и неслабый - тот не верил. Показали ему официальную бамажку от Emerson (не помню как их точно, но раньше Fisher-Rosemount) - коньяку было много (похоже, что нам поверили и теперь у нашей лаборатории есть соответствующая бамажка на калибровку/поверку))

Ссылочку на nist посмотрел, спасибо, буду изучать.
Да согласен и с внутренним сопротивлением и c возможной немонотонностью дрейфа, действительно это может иметь место однако принцип трех калибраторов можно решить и в схемотехнике АЦП один опорный -два контрольных, если разности измерений поплыли - надо перекалибровывать.

Честно говоря неотключаемые опорники - а почему бы и нет , конечно не очень здорово но для десятков часов требуемой временной стабильности может и подойти.
Спасибо за информацию об этом эффекте - попробую померить и поэксперементировать.

Как тестировать АЦП честно говоря пока только раздумываю, есть варианты
1. Прогонять старшие разряды с прореживанием.
2. Белый шум на входе - анализ гистограммы.
3. Синус на входе - FFT.

По поводу опоры из первых принципов. Когда сквид недоступен или надо долго хранить эталон собирали такую штуку- медная катушка без сердечника при рабочем токе дает внутри себя поле 0.2-0.3 теслы (витков тысяч 50 где-то). В катушку помещена ампулка с водой и две ВЧ катушки- получаем протонный ЯМР магнетометр. Вокруг всего устройства три ортогональные катушки для компенсации магнитного поля Земли. Ток в катушке удерживается постоянным в соответствии с сигналом ЯМР. Частотометр ЯМР магнетометра стабилизированн по GPS (первоначально был цезиевый эталон). При состаренной катушке и отсутствии приходящих источников магнитного поля удавалось сохранять ток с точностью 7 знаков. Т е два эталона- GPS и ядерный магнитный момент протона через весьма стабильное устройство- катушку давали эталонный ток. Ну понятно, что катушка термостабилизировалась, ей давали прогреться собственным током итд. И никакого азота и гелия. Устройство- размером с табуретку.

Вдохновенно Радует))

Ну так это замкнутый вход...да еще с усреднением. Вы же не собираетесь работать около нуля?


Не только не столько это. Просто потому что доказать заявленную точность можно только одним путем- сертифицировав прибор. И для потребителя это тоже имеет место быть. Кстати, серъезные потребители и покупают только такие приборы. Не давний пример- у нас заказчик ЦКБ минАтома. Ему без сертификатов приборы и даром не нужны. И он согласен платить деньги соответствующие.


Не давно у меня был один настырный заказчик, который мне советовал применить LTZ1000. Тогда я ему посоветовал запросить у поставщика (продавца) хотя-бы какой-то документ от производителя, который подтверждает, что поставляемые конкретные изделия соответствуют требованиям спецификации производителя. Вот тут продавцы потупили глазки и заявили, что это не реально- нужно заказывать приборы отдельно, это будет стоить совсем других денег, и вообще долго. А так что-то на складе есть- а какое оно- кто знает.


Вот вот...и я о том же

Поделитесь другой методикой определения заявленной SNR, да еще без усреднения...Собираемся работать не только около нуля, но по всему 24-разрядному динамо_диапазону, вплоть до U-опорного .
Ну а заказчик из минАтома свои филеи Вашей бумажкой прикроет, в случае, если Атом жахнет . Еще раз повторю: хочется самим убедиться, что выдает АЦП.


Хороший результат. А опорное у Вас внешнее? А как камень опорного называется ? А на чем смотрите, как 24-х разрядная циферка дергается? Поделитесь, плз.

Спасибо за дискуссию,

Сначала займусь опорным источником его стабильностью и возможной непрогнозированностью поведения, постараюсь промерить этот эффект. Если возможно киньте ссылочку на литературу по этому эффекту.
Не оставляет покоя мысль о возможности прогнозирования временного дрейфа термостатированного и постоянно включенного 780.

Плясать с опорой буду от свежего н.э. в силу отсутствия присутствия более сложных устройств.
Результаты исследования выложу в конфу.

С литературой не-очень. Вроде известно, что отдельные компании сами занимаются пересертификацией кристаллов опор. Т.е или размывают пластик и достают кристалл, или покупают у АД сами чипы. Кстати, незацикливайтесь на 780, есть более новые кристаллы, но мне с ними так плотно работать неприходилось. Видел один раз модуль, где на поверхности мелкого пельтье от телекоммуникационного лазера сидели три кристалла опоры от АД. Понятно, что это был ручной отбор по результатам испытания партии. Все это было перебондированно (разведены золотые нити), была пара термодатчиков (корпусной и самих кристаллов) и упаковано в корпус гибридной микросхемы. Вроде народ за рюмкой чая хвастался, что в следующей итерации в том же корпусе хотят посадить флеш для хранения калибровок и полной истории использования модуля.

Некоторая литературка:

Fluke AN. A practical approach to maintaining DC reference standards

NBS Measurement Services - Solid–State DC voltage Standard Calibrations

NBS Measurement Services - Standard Cell Calibrations

NBS Tech. Note 430. Designs for Surveillance of the Volt Maintained by a Small Group of Saturated Standard Cells. 1967

Walter J. Hamer. Standard Cells - Their Construction, Maintenance, and Characteristics. National Bureau Of Standards Monograph 84. 1965
Linear AN86. A Standards Lab Grade 20-Bit DAC with 0.1ppm-°C Drift

В общем могу сказать, что для кратковременной нестабильности в 22...23 разряда за 96 часов можно применить особо тщательно термостабилизированные насыщенные нормальные элементы (несколько впослед). Вот обзор: http://ru.wikipedia.org/wiki/Элемент_Вестона . О твердотельных мерах (ака ИОНы) с такими требованиями можно даже и не думать (для примера гляньте параметры серии 7000 у Fluke или нашего Н4-9)... Самые лучшие по стабильности кристаллы опор - это дешёвый REF102 от TI, LTZ1000 от Linear (лучший) и опоры Thaler corp. Или действительно криотронику.

Эээ, вы поосторожнее с рекомендацией применять древние стабилитронный (zener-based) ИОНы. Современные band-gap опоры имеют подобные параметры без лазерной подгонки, и неподверженны старению и шумы меньше. С самонагревом тоже меньше проблем. Конечно, у них выше температурный коэффициент, но на то и схема внешней термостабилизации. Короче, "раструсить" и испортить параметры band-gap структуры гораздо труднее чем стабилитрона (с его режимом пробоя, шумами, внутренним нагревом и неслабыми электрическими полями внутри перехода, ширина которого (и напряжение) может поменяться от каждого чиха). По поводу дрейфов можно смотреть DN229 от Linear http://www.linear.com/pc/downloadDocument....002,P2076,D4442

Читал я эту апноту. Они там рассматривают опорники сравнимого класса. А тут обсуждается верхняя граница возможного. Не, 100% стабилитроны - по-прежнему самые стабильные. На базе LTZ1000 построены те самые рекордные серийные твердотельные меры - 7000 серия от Fluke. И в даташите у них приведена типовая стабильность в 0,35 ppm/sqrt(kHr) (у 7000 серии стабильность с поправкой на "фирма гарантирует", нормирующие усилители/делители и термостабилизацию при температуре выше комнатной, т.е. вдвое хуже). Если Вы сможете привести bandgap или XFET опору со стабильностью менее чем в 10 раз худшей , значит, я что-то пропустил мимо ушей.

PS. Даташиты и апноты старых ревизий, пару лет назад, на XFET опоры от AD не предлагать - тогда они сильно облажались, решив, что для старения ИОН справедливо уравнение Аррениуса (ну, то самое, "вдвое на 10 градусов" и такое прочее), и пересчитали результаты высокотемпературных испытаний в область комнатных слишком оптимистично - на уровне того же LTZ1000. Нет бы проверить... AD вообще не умеют точные опорники делать. Bandgap и XFET - сколько угодно, а точные - фиг.