Agilent 3458A 八位半萬用表基準的改動與校準

是啊,考慮再三,也只能這樣了.這里電子研究所比較多,準備找他們了.
謝謝回復.

這是篇理論與實踐結合的好文章，不知為何只給那么一點的獎勵！

謝謝，其實各位的鼓勵與支持就是無形的獎勵。另外2個威望已經是很高了。

原帖由 chuxp 于 2007-8-29 13:12 發表
太厲害了!:lol
你的那個752A改裝的精密電阻做的怎么樣了?

這個十一期間做好了，目前看效果良好，達到預期目的：
http://www.bkd208.com/thread-7590-4-2.html

lymex老大，我是從另外一個論壇里看到您關于10V標準源的帖子而跟到這兒來的，本來就想在哪兒跟貼，但是注冊還沒有通過。
    我已經給您的lymex@sina.com 發了郵件，向您索要電阻的文章和HP34401A的電路圖，現在是您的關如電阻的文章已經在這兒下載到了，不知道您手頭上有沒有HP34401A的電路圖，如果有的話，能不能發給我啊？謝謝了！！我的郵箱是yeool@yeah.net

郵件收到，HP34401A的電路圖在其Service Guide 里有，而Service Guide應該在Agilent的網站上有，但我剛才去看沒有了。我的這個Service Guide不知道是從哪里下載的，是11,452kB，已經發過去。

謝謝lymex，您發的資料我現在正在看，對我很有價值。

3458A內部應該有基準電壓的升壓電路吧？7伏轉10伏（或12伏？）。老大既然把基準電壓都改了，何不把升壓電路也用VHP101或者VHP202改一改。性能應該能提高不少。

我找過沒發現有7伏轉10伏的部分，7V直接進A/D了。
反正后期都是數字處理，測量10V的結果到底如何表示都不重要了，乘上一個系數就可以了。而這個系數在校準的時候可以改。

8位半的ADC一般至少28位二進制。
3458A的ADC不僅速度快，而且指標達到0.1ppm的積分線性、0.01ppm的微分線性（類似No missing code），目前還無人能比。Fluke中心實驗室都不用自己的8508A，而是用了3458A。我以前也想用σ-△來做萬用表，但感覺外圍還是非常很難做，尤其是拆了一個3456A以后。
某所高精度的測量交流電壓的有效值，居然是用3458A快速采樣50Hz信號來實現的！

這是老大發在無忌上的一個帖子，被我引用過來。
為什么拆了一個3456A以后，老大就覺得用σ-△來做很困難呢？3456（8）A里的前置放大器，選擇開關，濾波器（如果有的話）都是怎么樣呢？銅和芯片引腳之間的熱電勢動輒幾uV，這些又是怎么處理的呢？
我都成了問題小孩了，呵呵，老大寫個拆機報告好了。
順便問一句，誰有 HP3458A 8 1/2位數字式萬用表的A/D轉換器 這篇文章？

[ 本帖最后由 weblyang 于 2007-11-8 13:43 編輯 ]

原帖由 weblyang 于 2007-11-8 13:32 發表


這是老大發在無忌上的一個帖子，被我引用過來。
為什么拆了一個3456A以后，老大就覺得用σ-△來做很困難呢？3456（8）A里的前置放大器，選擇開關，濾波器（如果有的話）都是怎么樣呢？銅和芯片引腳之間的熱電勢動輒幾uV，這些又是怎么處 ...

拆了個3456A以后感覺用σ-△來做萬用表很困難，主要是外圍做不好，比如保護、切換、前置放大、分壓、濾波等，3456A用一個大板來做這些工作，里面用了不少定做的專用器件。后面有一張圖，如果感興趣我再貼。另外，我手里有3456A的維修服務手冊，包含電路圖和調試說明，15M，好像是在Agilent網站上下的。

銅和芯片引腳之間的熱電勢動輒幾uV，這個好象沒那么大，選擇合適的金屬組合可以降低到每度微伏左右，然后再加上平衡和均溫措施，就可以把熱電動勢減低到0.1uV級別，這對于8位半都不成問題，因為3458A分辨就是0.1uV的。對熱電動勢非常看中的，是納伏表，因為分辨1nV、噪音nV級別則要求熱電動勢非常低。可惜我的34420A還在保修期內，我還不想馬上拆開看內部。好象從輸入到前置放大之間是最重要的，用了兩層屏蔽/均溫措施。

HP3458A 8 1/2位數字式萬用表的A/D轉換器，文章見附件。

看了這篇文章，感覺HP真是好啊，連這樣的東西都會寫出來，接近核心技術了吧？
不知道其他公司有沒有類似的文章，比如FLUKE的余數再循環，(曾經的)Wavetek的多斜多周期。好像還有個叫Schlumberger(斯倫貝謝?)的脈寬調制，Solartron的也是這種吧。
看了一篇文章，《模擬變換和數字變換的高檔DMM》，它里面有這么一句話：高分辨率以及大的動態范圍和高的吞吐率，A/D轉換器充分發揮數字電路的優點，與多次斜率變換法相比占有絕對優勢。
它里面的用A/D轉化器的指的是Keithley的2002，而多次斜率是Prema的6048（沒聽說過這個公司，老大講講它的歷史吧，也是8位半）。聽他的意思，難道2002里采用的轉換器是sigma-dela A/D？
改天我也寫個專題，就叫 高精度萬用表的模擬數字轉換器，把知道的萬用表的轉換技術統統寫進去。

原帖由 weblyang 于 2007-11-8 20:30 發表
看了這篇文章，感覺HP真是好啊，連這樣的東西都會寫出來，接近核心技術了吧？
不知道其他公司有沒有類似的文章，比如FLUKE的余數再循環，(曾經的)Wavetek的多斜多周期。好像還有個叫Schlumberger(斯倫貝謝?)的脈寬調制，Solartron ...

要寫“高精度萬用表的模擬數字轉換器”？太好了，我對這方面知道甚少。
我貼過一個萬用表轉換速度的圖，在這里再貼一次見后。
其中，Keithley 2002在8位半下速度最快，3458A緊隨其后，再就是日本愛萬得（Advantest）的R6581也很快。相比之下，8508A就慢多了。Fluke 8508A基本上是沿襲了英國Wavetek 1281的技術，其中的基準、A/D好象一點也沒動。而Wavetek是收購英國Datron的，看樣子就翻了牌子而已。

Solartron（輸力強）是老牌英國公司，也產過8位半的7081，但后來與德國的Schlumberger（施倫伯杰）合并。因此Schlumberger的應該就是Solartron的技術。Solartron估計是世界上首個8位半的萬用表。7081我以前差點花9.8k買個壞的。最近eBay有賣我沒參加結果被人以$1725買走（圖見后）。

Prema是德國公司，其8位半的6048的資料很少，只發現有以下網頁有點介紹：
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5610.htm#multramp

Prema德國普瑞瑪,也是一家老牌的數表生產廠,其5000 , 6000,DMM,5017,天水長城電工儀器廠曾經組裝生產過.在國內還有許多部門在用,外殼和內部用料非常扎實,大量使用自保持繼電器和緊密的阻容器件,DC的穩定性好過其結束指標,在高位時,測量速度非常慢.等得有些不耐煩.
電流的指標感覺不怎樣,后2位經常跳數,

三極管Q2的BE極是測溫的（即連在8腳的三極管）！這個電路的Q2的VBE在0攝氏度時約為650mV,溫度系數約為-2.3mV/攝氏度。最終的溫度平衡在這個溫度點上：這時Q2的BE極電壓等于R4/R5分壓后的電壓！
我就不知道，是不是每個LTZ1000有Q2都是這個特性？
Q1（另一個三極管）的VBE是用來補償齊納管的正溫度系數的吧。

分析正確。Q2就是測溫的，溫度是可以通過R4/R5的分壓與Vbe相等來調節的。
每個LTZ1000特性都是如此，但Vbe2稍有差別，設置成相同的R4/R5分壓比則溫度有幾度的差別。
另一個三極管正是做串聯溫補的，輸出等于償齊納管壓+Vbe，在兩個箭頭處引出。

我想請問2樓，表中的數據是實測還是計算的？如果是實測的，那與理論數據太吻合了！

[ 本帖最后由 zmwangping 于 2007-11-12 15:59 編輯 ]

原帖由 zmwangping 于 2007-11-12 15:37 發表
2樓基準電阻與溫度的數據是計算的吧。
因為沒有考慮到Q2有基極電流Ib的影響。按照典型的圖，Ic約為100微安，Q2的直流放大倍數最小為80，最大為450，典型的為200（按照LTZ1000的典型數據），按200計算，則Ib為0.5 微安。在R4上會有約7 ...

2樓基準電阻與溫度的數據的確是計算的，但其中的參數2.3mV/C是根據幾個要素調整的，因此實際上考慮了放大倍數以及Ib的綜合變化。這幾個要素其中之一，是那個經典文章（7樓，有圖），另外，也包含了實測數據，測量過幾次，以下為某次結果，與計算值還是有少許誤差。

好象沒有考慮齊納管的工作電流變化對Vz的影響。
按照廠家數據，工作電流1毫安變化到5毫安時，Vz可以有80-240毫伏的變化呢。其中80是典型的數據。
建議測一下在同一溫度下齊納管的電壓與工作電流的關系，排除后計算齊納管的溫度系數！
如有資料，請上傳！

在數據表中的“內部改溫”代表什么？

原帖由 zmwangping 于 2007-11-12 18:21 發表
在數據表中的“內部改溫”代表什么？

內部改溫就是內部改正溫度，綠色的部分都是手工輸入的，其它部分是用公式計算的。
上表計算中的確沒有考慮齊納管的工作電流變化對Vz的影響，但這個表僅僅是計算上電阻（R4）與內部工作溫度用的。
2樓的表也是同樣作用，但綜合考慮個各種影響，因此把本來比較大的溫度系數改到了-2.3mV/C。
事實上，盡管改動R4后齊納管的工作電流會變，但變化不大。實際工作中，只要各電阻阻值選定，那么齊納管的工作電流也就固定了，齊納管的斜率電阻對輸出沒有影響。

另外一個相關的稍微擴展的話題，就是這個基準電路如何去做才能做好？外圍元件如何選擇？做好其實主要有三點：
1、輸出電壓不隨外界溫度而變
2、輸出電壓不隨供電電壓而變
3、輸出電壓不隨時間而變
以上1我測試統計過，幾乎看不出來。以上2我測試過，電源電壓變動3V（從12V變到15V），輸出變化<0.1ppm可以忽略（而且與元件選擇無關）。以上3是我測試的重點，大部分器件滿足1ppm/年的指標。

也許，我們最關心的是，各外圍電阻要是（由于老化或者溫度）變化了，對輸出到底有多大影響？
盡管Linear已經給出標稱值，但仍然是我測試的重點，某次測試結果見后表，結果描述如下：
電流采樣電阻，變化100ppm對輸出有-0.14ppm的影響，比Linear給出的1ppm要小得多
分壓電阻變化100ppm對輸出有近1ppm的影響，與Linear給出的1ppm很吻合
R2（溫補三極管用）變化100ppm對輸出有0.4ppm的影響，比Linear估計的0.3ppm要大。
R3（測溫三極管用）變化100ppm對輸出有0.04ppm的影響，比Linear估計的0.2ppm要小很多。

以上測試實際上對不同電路在不同時間進行過多次，結果類似，改數據是我選擇各電阻依據。

從數據看，采樣電阻對輸出的影響小，實際上也說明了齊納管因工作電流的變化所引起的變化小。
你測試用的板子上的其它元件的參數是否與Linear一樣？

我的關鍵元件（主要是幾個電阻）都是定做的，并在安裝前經過測試。
其它元件Linear也沒有要求，當然也采用能買到的好器件，裝前也測試。
與3458A內部的電路板比，Q1我采用小功率的因為加熱電流最多幾十mA。

我大致同意你的研究方法，即我們要保證基準的輸出電壓不變，首先要研究是什么使它變化！
你從這三個方面研究：1、輸出電壓隨外界溫度的變化情況；2、輸出電壓隨供電電壓的變化情況；3、輸出電壓隨時間的變化情況。
除了第2點（即輸出電壓隨供電電壓的變化情況）外，其他兩個可以歸結為輸出電壓隨幾個電阻的變化（即R1-R5）的變化。
用實驗的方法來研究，也是一種好的方法。
我想，如果我們能從理論上來說明幾個電阻的變化是怎樣使輸出電壓變化的，最起碼要說明主要是通過什么渠道使輸出電壓變化的，則會使研究更深入一步。到現在為止，我們可以這么認為：
一、R1的變化，主要使齊納管工作電流變化，從而引起輸出電壓的變化。
按照linear的數據，在工作電流為2.5mA-5mA內，齊納管與Q1的Vbe聯合作用，其動態電阻約4個歐姆（從圖中測算）。按照這個數據，當R1從140歐變化到138.067歐時，輸出電壓應變化0.19mV（升高）(按Vbe1=474mV計算)，你實測的為.135mV。這可以這么解釋：當輸出電壓升高后，LTZ1000的溫度下降，使輸出電壓下降。但從總的輸出電壓上升了0.135mV來看，“R1的變化，使齊納管工作電流變化，從而引起輸出電壓的變化”是主要因素！
二、R4/R5的變化，主要使LTZ1000的溫度變化，從而使輸出電壓變化。這點不用多說明。
剩下的問題，是R2和R3的變化，是怎樣使輸出電壓變化的呢？這點我正在研究。
我是紙上談兵，因為我手中沒有實驗的條件。
有什么不對的，請指教。

有關最終的輸出到底隨什么變化的問題，與電阻的確相關，但與LTZ1000更有關系。看我45樓的表的“抑制倍”一列，表明電阻的不重要性到底是多少，是越大越好。當抑制倍為100的時候，電阻變化了100ppm才對輸出有1ppm的貢獻，但LTZ1000本身變化1ppm則輸出變化就是1ppm。事實上，我們要是不犧成本選擇好的電阻做到10ppm/年沒有任何問題，此時對輸出的貢獻就可以小到0.1ppm/年。但根據LTZ1000的手冊推算，其年不穩定度是0.83ppm，因此，還是LTZ1000本身對不確定度的貢獻最大。
這個器件和電路之所以成功，就是因為對外界元件要求的比較松，松了100倍以上。

是的，電阻的變化對輸出的變化，分析的沒問題。至于R2和R3，是決定了Q1和Q2工作電流的，兩個電阻的壓降大約都是6.3V很穩定的，因此變化的R2、R3將引起工作電流變化，這就直接影響兩個管子的Vbe，因此導致輸出變化。R2直接影響補償管因此影響大些。

對，當T=65攝氏度時，長期穩定性指標為2微伏/SQRT（kh）！據此可以推算年穩定性。不知降溫之后這個指標改變多少？比如T=55攝氏度時。