ωωωω

众所周知，搭载sigma-delta adc的万用表，也就是我们常说的“单片机表”，最明显缺点就是：慢慢慢！！！
尤其是测量小电阻的时候。
然而，这种可恶的毛病，既不能赖“sigma-delta”，又不能赖“单片机”，相反，这两种都是很先进的技术。
那么问题出在哪里呢？
经过大家的研究，最终把问题推给了adc前面的rc滤波器，作用是吸收adc采样造成的电压纹波，理论上大容量对精度有利。其结构是100k电阻串联27nf电容，可以计算出时间常数为2.7ms，哪怕按照20倍时间常数来计算（此时剩余的误差只有几nv），也不过才0.05秒，根本是不可察觉的时间。那么凭什么它会这么慢，以至于需要5～10秒来稳定完毕呢。
（严重不符）
随后的一段时间，大家通过减少c来减少rc时间常数，也就是换成1nf，然而，这会造成某些奇奇怪怪的问题，有人觉得无关紧要，又不是不能用，但经验老道的工程师却强烈反对这么做。因为1nf相比表笔对干扰源的寄生电容来说实在是有点不够大，很容易感应到大量工频纹波，造成adc饱和，发生意外的测量错误。
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后来，某人发现只要把电容换成c0g，不但工作温度范围变宽，容量对温度的稳定性增加，最重要的是：居然不需要缩减c的大小，也能达到快速稳定尾数的作用！
然而，这却有悖常理，也就是不符合时间常数的那个公式。
于是，今天我赶紧焊了两个电容，初步进行测量。

如图所示，第一颗电容是从zoyi上拆下来的27nf，材质肯定是x5r和x7r之中的一种。
使用这个电桥测量，给出100hz的q为110左右（d为0.009）。
容量为24.86nf，实际上，这种高介电常数陶瓷mlcc的容量是随频率变化的，不要把它当成电桥的误差。

另一个是4个100nf串联做成的25nf，实测容量24.68nf，由于此电容性能过于接近理想，已经低于电桥测量相角的误差极限，所以无法给出正确结果。
不过，电桥给出的容量是可以相信的，不受此相角误差影响。
然后，用上面的adr1399从7v分压出一个稳定的2v，分压器的输出阻抗刚好是100k，直接用分压器充当限流电阻为电容充电，然后用万用表测量电容电压随时间的变化。

没画pcb，直接焊在洞洞板上，反面没有任何东西。每颗电阻为10k，左下角为14串联，右上角为35串联，输入阻抗为140k 350k=490k，输出阻抗为1/(1/140k 1/350k)=100k，刚刚好。
而且7v*140k/490k=2v，也是刚刚好。
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进入测量环节：
为了抑制工频干扰，所以采样速度设置为0.02秒/次，也就是每秒50次。
这个速度对于rc常数的测量来说非常勉强，甚至是失败的，所以就不放了（刚才写了但是又删了）。不要怀疑，这两个电容的容量绝对是一样的。
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看一下把时间轴拉到2秒的结果，这是测电阻的时候人类能忍受的最长时间。

注意y轴坐标在接近最终电压（2v）的位置，每格为20uv。
绿色为c0g，蓝色为x7r。
可以看到一个快一个慢，蓝色的x7r已经脱离了时间常数的公式（2.5ms），现在时间常数目测有0.5～1秒左右。
而c0g的电压一下就窜上去，很快就平了。
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然后时间轴拉到10秒，深蓝色和深绿色是5次测量的平均，最低那根浅蓝色是经过长时间“浸润”之后第一次测量的数据，相当于最坏情况的表现，其实差距并不大。

可以看到随着时间的延长，曲线逐渐靠近。但仍然没碰在一起
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这是20秒的数据，用于确认电容是否“严重漏电”。

很明显，最终靠近了，所以前面x7r的糟糕表现，绝不是因为坏了！
它就是慢，或者把它当作一种随着时间缓慢减少的“漏电流”，也就是介电吸收。
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好了，回到最初的尾数稳定速度问题。应该没什么悬念了，不过还有一个问题：
3.5位表v档只能分辨100uv，为什么能探测到这些10uv微小差异呢，其实是因为100 ohm电阻档测量电流只有1ma，所以压降很低，所以内部电压放大器是要工作的，相当于开了mv档，此时就能测到咯。

这次就是初步测一下，着急写完发出来，后面将会大量测试关于介电吸收的事情，各种频率下的。（我买了一百种不同的mkp，几公斤重）

争锋麦芒

先抢二楼

如此技术流的文章不得加精。期待后续更新。另外这能否解释部分用户更换电容后测量误差增大呢？或许只要重新校准就行了？

我认为这个现象是铁电体的在电场作用下极化的非线性引起的

chance92 发表于 2023-7-19 22:57
如此技术流的文章不得加精。期待后续更新。另外这能否解释部分用户更换电容后测量误差增大呢？或许只要重新 ...

这有可能是剩余极化导致的

这有可能是剩余极化导致的

查了一下，x7r好像确实有铁电性。

ωωωω

如此技术流的文章不得加精。期待后续更新。另外这能否解释部分用户更换电容后测量误差增大呢？或许只要重新 ...

难免文章存在错误，加精就好像官方认证说的都对一样，哈哈，反而不习惯。

预告一下，最近做了好多测试但是都没发出来：
比如用两个“二极管”或“gd连接的mosfet”，与运算放大器结合工作，（以极低价格）做带隙基准的实验。
这个短期能获得7.5位稳定度，但是温漂比较大，呈抛物线状，合理的温度范围内只能保证正负50ppm的误差。但是温度不变电压就不变，正在考虑是做软件补偿or硬件曲率补偿or恒温。

另一个测试是测量电阻阵列的湿度敏感性，安装100个（或90个）贴片电阻做成小板。通过以 100串联 / 30串3并 / 10串10并 / 3串30并 /100并联 的形式，
来获得 100倍 / 10倍 /1倍 / 0.1倍 / 0.01倍 的原始贴片电阻阻值，
可以使用 100r / 1k / 10k / 100k / 1m 的任意电阻来获得标准10k电阻，便于探究各种原始阻值与性能好坏的关系。
使用 柔软 / 吸水性低 / 绝缘性高 / 耐温度高 的陶瓷填料ptfe基板以降低各种潜在误差
采用四线金手指的形式便于反复测量。
双面对称摆放电阻，防止pcb弯曲。
电阻阵列头尾相接，降低热电势。
最重要的是可以抵消温度系数，就是正负温度系数的电阻混合安装，可以获得0.1ppm/°c超低温度系数（实际上目前运气很好，原始电阻本来就拥有极低的温度系数），另外还可以通过高温烘烤电阻来微调温漂，大约能向上调整1ppm/°c，值得一提的是，我买的1206电阻几乎都是负温度系数。

然后由于获得了极低温度系数的电阻，就能进行湿度敏感性测试了。


贴片电阻只有薄薄一层绝缘漆来覆盖电阻体，这样就为低时间常数做了极大贡献。湿气很快就能进入电阻。
经过实测，时间常数大约为半小时，也就是说放入干燥剂，1小时就已经接近最终值，十分方便测量。
对于其他种类的电阻，由于具有厚实的塑料外壳，时间常数高达几天。
我的样品来说，大约每rh%变化0.8ppm，所以在极端湿度变化情况下，每分钟阻值都能变化1ppm。（测量的时候可以直接万用表上读出来）

（干燥剂最低可以把湿度降为5%）

其实有一张图，但是还没来得及整理数据。。。。。。
开关空调的影响挺大的，所以表现的坑坑洼洼，最高峰上的凹就是因为开空调。
最高的峰湿度60%左右，次高峰湿度40%左右。
最低谷是用了500g干燥剂，次低谷用了图上这两小包干燥剂。
有时间整理一下再发吧（放大一下1小时的湿度阶跃过程）

最近也遇到一个奇怪的问题, 使用ad7793测量惠斯通电桥的输出,大约0.5mv的输出值, ad的转换结果是稳定的,
电路使用电池独立供电,电桥的正负输出和ad之间串联了10k电阻, ad的正负输入对地还并联了102电容. 电桥的桥臂350ω
一旦使用万用表测量电路中电桥的两个输出端电压或者是ad的输入点, ad的结果就会开始明显跳动.
无论是众仪的zt219,ut890,还是hp3478a都是同样的问题.
zt219没有说明mv档位的输入阻抗, 按照一般的万用表来说,应该是1mω到10mω之间, hp3478a手册中说明mv档位的输入阻抗是10gω.
这个输入阻抗已经远远超过了电桥内阻几个数量级, 应该不会影响他的输出信号.
我问到adi的ag真人试玩平台的技术支持, 他们也没能马上给出原因, 说是要再进一步测试看看.
我也是有点怀疑, 万用表标称的是静态的阻抗, 实际输入电容的值并没有给出, 这个电容的漏电指标就更加无从谈起了.

在第一张曲线图中，使用c0g电容的电压会有上冲现象，不是单调的，是不是说q值不是越高越好？

mynew

最近也遇到一个奇怪的问题, 使用ad7793测量惠斯通电桥的输出,大约0.5mv的输出值, ad的转换结果是稳定的,
...

>>我也是有点怀疑, 万用表标称的是静态的阻抗, 实际输入电容的值并没有给出, 这个电容的漏电指标就更加无从谈起了.


虽然看不懂，但是想到fluke的手持表说明书里貌似给过一些类似电容的参数？

sadfun

谢谢分享~长见识了

>>我也是有点怀疑, 万用表标称的是静态的阻抗, 实际输入电容的值并没有给出, 这个电容的漏电指标就更加无 ...

是的, 大厂的产品参数还是比较全的, 我看了几个台表的手册, 基本上都是百pf这个数量级, 但是没人表明测试时需要吸收的电流时多少.
我见到的现象是明显的, 但是怀疑方向不见得正确, 按道理这么高的输入阻抗, 不应该有这个数量级上的漏电流, 目前也是一头雾水.
也很少有见到万用表测量小信号的评测, 都是看准不准, 其实在准不准以外, 还有很多指标值得考察.

ccbw

谢谢分享。。

魂の殇

这个是频率发生器嘛？还带隔离电源，看起来好高级的样子

ωωωω 发表于 2023-7-20 07:04
难免文章存在错误，加精就好像官方认证说的都对一样，哈哈，反而不习惯。

预告一下，最近做了好多测试但 ...

可以考虑氮气密封或充油密封

mdmo 发表于 2023-7-20 08:59
最近也遇到一个奇怪的问题, 使用ad7793测量惠斯通电桥的输出,大约0.5mv的输出值, ad的转换结果是稳定的,
...

这个的确有可能和万用表输入寄生电容有关，一般不大于100pf，但是这是引线不计入的值

mdmo 发表于 2023-7-20 09:21
是的, 大厂的产品参数还是比较全的, 我看了几个台表的手册, 基本上都是百pf这个数量级, 但是没人表明测试 ...

漏电流一般在pa级别。你可以用场管做个差分放大器做前级。场管要用集成对管

漏电流一般在pa级别。你可以用场管做个差分放大器做前级。场管要用集成对管 ...

我想不用这么麻烦, 如果真的是和电容有关, 最简单的办法就是在测试点焊接一个100k以上的电阻隔离一下, 然后用万用表测量电阻之后的电压, 这样不一定能解决问题,总应该能看到现象的改变.
关于漏电流我我也考虑了线材的问题, 目前使用的都是普通的线材, 正在找合适的低漏电,低电容的屏蔽线, 只是没个头绪, 不知道哪里有.
我看示波器的线材就不错, 软硬适中, 中间一根细丝, 外皮很厚,可能是铁氟龙. 这种电容是很小的, 漏电就不知道了, 不过应该也不大. 不知道哪里有卖这种线材.

ωωωω

这个是频率发生器嘛？还带隔离电源，看起来好高级的样子

这个是电压基准，adr1399评估板。
它用5v usb供电，然而这个隔离却没那么好，用不同长度的usb线缆，会造成输出电压的改变，握住线缆绝缘皮也会造成电压改变。
总的来说受到干扰越多，输出电压越高，可以改变几个ppm。这种水平，做不了严肃的电压基准。。。。。。
不知道analog devices知不知道这个问题。

happysea72

厉害了。测试这么多内容，楼主认真！