То интерес има, ама ще избягаме от базовата идея...
Да кажем, някакъв вид характериограф. Лошото е че там се отива на друг дисплей, интерфейси с външния сват, по-сериозни източници за захранване, и какво ли още не...

Преди години, в Електор бяха публикували подобен проект. По спомен, не беше опен сорс, но беше достъпен за повторение. Имаше хексове, някакви файлове от които да се издялкат платки, предлагаха и готови.

Под харектериограф си представям уред дето струва много к$ и сваля много точно характеристики... Тук идеята е прост микроконтролер и евтин уред, но с много полезни функции.

Аз се двуумя между H7 и F3... ама ако трябва наистина да е много евтино може и да F3-ка. Някакво евтино дисплейче, едно зумерче ми се ще. Един USB конектор и слот за LiOn батерия, може би и още дреболийки в последствие.
По-важни са функциите, т.е. какво ще прави/мери и защо си струва да се подобри оригиналната схема... Като цяло оригиналното е с хитра идея, но хардуерът му определено куца. Може би трябва да ги опиша функция по функция, за да се разбере.
1) Мерене на съпротивление. Методът е относително мерене спрямо 2 еталонни. Колко са еталонни е друг въпрос, но на тях не им трябва щото точността която гонят е 1%. Грубичко си е. Още повече че при относителното мере точността е най-голяма около еталона. Колкото повече Rx е по-голямо или по-малко, толкова повече точността я няма. Преди малко смятах че ако трябва да постигна резолюция не по-лоша от 0.1% с 12-бит ми трябват поне 3 еталона.
Сега, това което може да се подобри с F3 e:
- нейтив резолюция 12-бита вместо 10
- възможност за 4-проводно мерене
- АС мерене с lock-in за краищата на диапазоните. Особено ще е полезно за мерене на милиоми или играта "открий най-късото късо на платката".
- много по-голяма скорост и/или овърсемплиране. Те правят по 20-22 измервания, което е само 2 бита. Ние може да изтискаме още 4 за същото време... а 6 бита разлика си е сериозна разлика.
- измерване на температурния дрифт (така може да се разпознае термосъпротивление)
Сигурно и други неща могат да се постигнат, както и за другите измервания - кондензатори, индуктивности и т.н.
Но първо трябва да се направи схемката... Значи пак ще кажа F3-ката дето съм харесал има налични 4 броя ADC, 2 броя DAC, 4 OpAmps, 7 analog comparators. Сега качеството им няма смисъл да коментираме, ясно е че ОУ-тата са гола вода. Едвам изкарват половин ампер на изхода, а на входа утечките са по 200нА. На всичкото отгоре трябва да им се калибрират транзисторите. Но каквото - такова, хубавото е все пак че има възможност за калибрация. Другото хубаво е, че някои неща примерно вътрешния референс е замерен при производството и стойността му я има във флаша. Щеше да е направо разкош ако беше малко по-стабилен, ама толкоз...
Сега проблемът върху който мъдрувам е как да вкарам в играта операционните. За съжаление те не са мислени за дифиренциални схеми и вътрешните резистори не могат да се ползват, ако референса не е земята. Положителния входа може да се изкарва на 4 пина, отрицателния на 2. Изоходът ходи само до един и не може да се ползва за друго, когато ОУ-то бачка.
Колкото и да мисля, за да може да се усилва AC сигнал ще трябва да се изгради инструментален усилвател, демек ще се претрепят поне 3 от 4-те усилвателя, ама не мога да измисля по-добър вариант засега....
Може би трябва да надраскам схемичка за да стане по-ясно, ама като намеря време

Чак пък милиони пари. Проектът е реализиран доста по-семпло.

Това не е семпло, това си е направо дюс

Надявам се си погледнал какво прави немската играчка... щото тя се казва "transistor tester.. and a little more", но sпоред мен хич не е "little"

Е нали искаше идеи за разширяване на функциите? Ами ето ти идея. Спорът за какво е?

Така е... въпросът е какво точно да се открадне
Без външни драйвери куртексчето е много ограничено от към напрежение и ток. Максимум 3.3V еднополярно и до към 5mA ако е през GPIO. Ако е през аналоговщините (DAC/OpAmp) e по-скоро до 0.5mA. С тия обхвати долу-горе става да се разпознае компонента, но за харектеристики е трудна работа.
Не че не искам да се сложат външни драйвери, ама как да стане без да се вдигне цената, без да се усложнява и/или прецака точността? Ще ми се да се запази себестойността на играчката около 20$, от които проца 5-6$ екранче още толкова захранване, конекторчета и т.н.
Хайде може да се вдигне малко летвата, ама основната файда от подобно уредче е в ниските напрежения. Примерно големите кондензатори се мерят с напрежения до 100-на mV, за да може измерването да става без разпояване. При малките пък напрежението може да е по-височко, но за да хванеш ESR пак се мерят много мижави пикчета. Капацитет на PN преход също.
От друга страна идеята на уредата е сондите да са универсални, т.е. ти не знаеш какъв е транзистора, не знаеш кое е база/гейт/дрейн и т.н. Затова е добре да може да се правят всякакви измервания между произволни сонди. Докато в схемата на тоя характериограф са набили къде какво трябва да се свърже и няма мултиплексиране. Всъщност имат мултиплексори за някои параметри, но не за схемата. А знаеш има места където мултиплексора не пречи много, но има и такива при които неговата нелинейност тотално може да прецака измерването.
С две думи може да се мисли в тая посока, но няма да е лесно. Аз общо взето без външни драйвери се затруднявам да измисля как да навържа вътрешните карантии на проца, а пък ако трябва и с външни да се съобразявам ще стане мазало...

Малко брейнсторминг?


Значи оригиналната схема е следната:



Това е картинката на една от сондите, те са 3 еднотипни. Принципът на работа мисля е ясен. Всяка сонда може да изкарва директно или през съпротивление ниско или високо ниво. Може да изкарва и "средно ниво" ако R1 се вдигне, а R2 свали, или обратно. Може и да си е чист вход. Може едновременно да сорсва/синква през съпротивление и да мери в същото време. Тва дето съм го начертал като волтметър е АЦП-то естествено. Имат и компаратор.
Няма да обяснявам повече как работи... който не е разбрал - RTFM.
Сега е по-важно е какво НЕ работи добре, т.е. какви са проблемите. Основните са:
1) Паразити (утечки, капацитети и т.н.)
2) мерене на малки стойности директно или на фона на големи неща.

Въпросът с паразитите ме мъчи най-много... Както и да го мисля пиновете на проца не могат да се изкарат директно. Не знам при мегите, ама при куртексите 3-стейтнат пин го дават типично 0.2uA a worst няколко микроампера. Това значи когато се мерят мегаоми доста солидна грешка. АЦП-то и то си иска буфериране в такива случаи, така че задачката е да се измислят буферчета...
Но нещо запъвам и за да опростя нещата, разделих буферите за входната и изходната посока.

Ето какво измислих за входната част:



Идеята е буфери с външни операционни на 4-те сонди (U1-U4). Не знам какви точно да сложа, но естествено нещо с много малък входен ток, малък офсет и височка честота, а да и ниска цена... Препоръки?
С тия буфери се решава проблема с паразитите поне от към входната част. След буферите, всяка сонда може да се мери директно с АЦП. За ниските стойности, обаче, директното АЦП не е решение, трябва усилване....
За целта предвиждам един единствен усилвател U8 (може би INA225?) с опции за 4 усилвания (х25, х50, х100 и х200). Не е нарисуван както трябва ама ползвам онлайн редактора на дигикей и той толкова си може. Какво точно ще усилва се решава с прости аналогови мултиплексорчета. Тъй като ще се превключват напрежения само, няма драми т.е. и най-евтините 4053 ще вършат прекрасна работа.
Мултиплексирането не е окончателно, дадено е като идея само че трябва да може да се усилва сигнала между кои да е две сонди, между сонда и захранване, между сонда и DAC и ще видими още какво ще трябва за калибрации и т.н.
Aко някой се чуди за къв чеп са U7 и U9, това е sample&hold (няма символ за opamp със shutdown). Идеята е че има доста измервания на тема делта-нещо си. Примерно при мерене на ESR на кондезатори се пускат кратки импулсчета в едната и другата посока, при което се следи с колко се променя напрежението. Подобно е и при Vloss и други такива измервания. За целта сигналът, чиято промяна ни интересува, може в единия такт да се прекара през долния мултиплексор и докато се мери и да се запомни. В следващия такт през тоя мултиплексор се изкарва запомнената стойност, а през другия може да се пусне новата и INA-та има грижи да усили разликата/промяната.
Не знам как ви изглежда входната, част... но това поне е някакъв вариант. Въпросът е, че за изходната нямам решения. Мисля различни варианти:
1) С цифрови буфери с 3-state, но не мога да намеря подходящ дето да е с достатъчно качествен 3-state и с малки капацитети...
2) С опамп като LMV601, който би трябвало да е с малки паразити (въпреки че в чаршафите не са описани). Идеята е, че с него ще мога и едновременно да буферирам кекавите DAC-ве. Но е бавничък, а аз искам и кратки (~10nS) импулчета да се изкарват.
3) Аналогови ключове... има всякакви, ама все нещо не ми харесва. Или вкарват нелинейност, която ще пречи на измерванията, освен ако не измисля токов DAC някак си. Или са и те с големи паразити. Донякъде NX3DV221 е интересен, единични ключове от сорта на TS5A3167 но трябва да се измисли схема без да станат много ключета...

Друг е въпросът как трябва прави изхода... В оригиналната схема може:
1) да синква/сорсва през 2 различни съпротивления
2) да се изкарва маса/захранване (през пин)
3) някакво преднапрежение...
Мен ми се иска да е малко по-развита изходната част. На тема напрежение освен захранване/маса ми се ще и DAC да се изкарва. Като пак е добре да има опция за изходния импеданс, т.е. поне 2 съпретивления. Другия вариант да се сглоби някак си токов DAC. To има разни 5-6 битови дето могат да се вързват и като токови и като напреженови. Но трябва да се разгледат а това отнема време, затова ако някой има идеи или му се рови е добре дошъл

Тъй, тва с тестверчето почти ми се избистри...
Сведох го до следното:
1) Входната верига може да се сведе само до един ОУ/сонда, т.е. от горната схема да отпадат мултиплексорчетата и INA-та (или да не се насищат).
2) Изходната верига ще е само мултиплексор/сонда (NX3L4051) и пасивни елементи.
3) Проца последно ще е STM32F373

Идеята е почти като оригиналната, на всяка сонда ще може да се подава някакво напрежение през някакво или никакво съпротивление. Разликата е че ще могат да се изкарват малко повече неща и малко по-качествено, щото ако може да се вярва на чаршафите паразитите на мултиплексорчето са (типично) под 40nA. Съпротивленията на ключовете са между 0.3 и 0.5 ома, което не е ужасно зле, но за всеки случай ще има калибрация. Калибрация ще има и на офсетите на ОУ-тата.

С две думи мисля че спрямо оригинала изходите и входовете ще са много по-чисти по принцип, плюс възможност за калибрация на почти всичко. Мисля да се изръся за едно-две low drift съпротивленийца както и един (или два) кондензатора.
Като точност и резолюция на измерване спрямо оригинала подобрението също ще е няколко порядъка. F373 има 1бр. бързо 12-bit SAR ADC и 3бр 16-bit SDADC с усилване до 8, което може да замести нуждата от INA... донякъде

За захранване видях че каубойците са пуснали прецизни LDO-та на прилична цена. Защитки гледах има и готини клампи и ценери, с малък капацитет и не текат много. Това за ESD e напълно достатъчно... единствено защита от свързване към високо напрежение се чудя как. Май ще са бушини на сондите, други не се сещам. И ще трябва нещо по-сериозно дето да ги стапя

Тва е... сега остана да се начертае схема и платка, някой с мерак да се включи в тия неща? Че аз съм само прозт програмист

Януари ще се поосвободя и мога да проектирам хардуера ако не е късно.

май няма да е късно

Нещо зациклих с изходните вериги. Изборът на подходящи аналогови ключове и мултиплексори се оказа много труден. Хубавите струват доста като за тоя проект, единствено NX3L серията и по-специално NX3L4051 се вързва. Но да се направи схема с конкретен чеп е малко като да ушиеш балтон по копче. То и за други неща правя компромиси и може в последствие да се направи и по-друг вариант. Но за начало сякаш е по-добре да се почне от най-простия, който засега го виждам така:


Идеята (ако някой се вълнува) е сравнително проста. Може би най-лесно ще се избере по функции:
1) Мерене на съпротивление между два и порта. На OUT-те на портовете се изкарва захранване и маса. Между тях, избраните еталони и през измерваното съпротивление тече ток. Мерим падовете и по тяхното отношение се изчислява колко е търсеното съпротивление. Естествено измерва се много пъти, като между измерванията двата порта си сменят поляритета и т.н.
Сега, докато се прави измеране между два порта, другите два са 3-стейтнати, но също се мери напрежението им и се проверява дали няма връзка с активните. Ако се установи да кажем, че един е почти копие, демек 3-проводна схема, то измерването съпротивление се преизчислява на база пасивната сонда. Ако се установи 4-проводна схема, сметките се правят по нея.
Ако пасивните сонди се разминават с повече, или с други думи ако имаме схема с повече от едно съпротивление, то евентуално може да се пробва тъй-наречената 6-проводна схема. Стандартно тя си е с външен буфер, но тук е вътрешен затова няма нужда от повече жици, просто вместо да е пасивна дадена сонда тя изкарва INx на друга сонда. Демек изкарва същото напрежение като другата сонда, само че взето след входния буфер. Така или иначе на тия две сонди излиза едно и също напрежение и през съпретивлението между тези две сонди не тече ток, който да смущава измерванията на останалите от веригата. Мисля си че това ще е полезна функция за по-точно измерване без разпояване на съпротивления. Примерно делител на захранващо напрежение и т.н.

2) Мерене на индуктивности и капацитети. Освен методите на немеца има някои измервания, които изискват кондензатор. Едното е ring-down на индуктивности, при кондензаторите може да се използва charge transfer и т.н. Но за целта трябва кондензаторче, което да може да се включва при нужда. Нормално то ще си разредено и CTx пина ще е тристейнат, така че няма да пречи. Когато потрябва евентуално през CTx ще може да се зарежда/разрежда а през мултиплексора да се свързва между два порта.
За съжаление няма да може между кои да е два порта. То и при 6-проводното има подобно ограничение, ама само с 1 мултиплексор толкоз... Всъщност има един почти свободен вход на мултиплексора, който евентуално може да се ползва и да се намалят ограниченията. На схемата съм вързал OUTx, с идеята да се улеснява калибрацията с външен уред. Но за калибрацията има и други варианти, така че ще видим...
Не знам доколко добре го обясних, но това е долу-горе входно-изходната част... Останалите измервания не я касаят. Като избор на компоненти целта е при основните измервания да се постига прецизност по-добра от 0.1%. Точност може и да е под 0.1 но не по-зле от 0.5%

това е нещо като мрежов анализатор в умален вариант...

Действително има нещо като анализ и нещо като мрежа, но като цяло нищо общо с мрежовия анализатор

Значи целта е уредчето да е удобно и практично, защото могат да се правят много и различни измервания, но ако трябва човек да избира ръчно "сега измери това" после измери онова и накрая да вади калкулатор - не е нито удобно, нито практично.
Затова се налага анализ, но не в смисъла на анализаторите, а просто да се прецени какви компоненти има свързани между сондите, какви измервания трябва да се направят и как да се покажат/сметнат резултатите. Примерно като закачиш едно или повече съпротивления между две или повече сонди да няма нужда да избираш ръчно Ω2, Ω4 или 6Ω. То пак мисля да направя ръчен режим през меню и през конзола да се задава конкретен режим на измерване, но предвид липсата на нормална клавиатура и размера на уредчето това няма да става толкова лесно. А да се надяваме, че няма да се налага, т.е. уредчето ще е достатъчно умно и в автоматичен режим.
Всъщност уредчето на немеца доста добре се справя с анализа. Досега не ми се е случвало да му закача R и то да покаже транзистор
Аз просто смятам да добавя още методи на измервания/изчисления. От една страна за да има по-висока точност от друга страна да е още по-полезно най-вече при ремонт. Не съм го споменавал, но затова почти всички замервания ще правят и при ниско напрежение и ще се преценява кое е по-достоверно. Т.е. уредът сам ще се усеща дали мериш разпоен компонент или мериш директно на платка в паралел с куп други елементи.

съвсем различно е.

миро, ще ме прощаваш, ама все едно да пипнеш някой по челото и да кажеш "температура е 36.72С". може и да познаеш, но най-вероятно ще си далеч от истината.

кондензатори и индуктивности е желателно да се мерят на честотата, на която ще работят.
до към 5-10MHZ се мери като им пуснеш синусоида и мериш напрежение, ток и фаза, след това смяташ.
уреди от серията HP 427х постигат точност от порядъка на 2-5% (full scale) на определени обхвати, така че може би трябва да се приземиш малко в желанието си за 0.1%

над 10MHz се ползва нетуърк анализ с всичките шукарии покрай него. примерно 4291 мери до 1GHz - уредче 25 кила, което за капацитет и индуктивност достига 0.5% само за 1-100nF/1-100uH. по-широк обхват е 1-5%

и въобще, понятието 'метрологична точност' в LCZ-метрите е малко сложно понятие, едни пространни таблички са, понякога и графики, с обхвати, честоти и вид на мереното. не е едно число, имам предвид. уредчета тип 'хитра мерачка' са приложими само да видиш дали даден кондензатор е за коша. нещо като да цункаш чедото по челото и ако е топло да го пратиш при майка му да му премери температурата с термометър.

отделно стои въпроса с калибрацията. някой има ли (достъп до) L и С еталони?

Дедо, 0.1% точност е целта (колко ще се постигне е друга бира) и това е точността на преките измервания, т.е. на входната част. В случая не знам доколко си схванал идеята, но еталоните са R-те и само меренето на съпротивление спрямо тях е директно измерване. Та при съпротивления в диапазона 10 ома до към 10 мегаома целта е да се постигнат поне 4 стабилни цифри (0.01% прецизност) от които 3 верни цифри (0.1% точност).
Не мисля че това е непостижима цел (естествено след калибрация). Като пак казвам, че това са цифрите с които съм избирал компонентите. Другото е цената... иначе щях да сложа не 25ppm ами има едни съпротивления дето почват от 40$ парчето. Но тях и да ги сложа няма смисъл щото ADC-тата куцат, както и други неща и изобщо ако тръгна да гоня под 0.1% точност няма да стане. Докато 0.1% поне аз си мисля че е достижима цел
За измерване на C и L вече точността няма да е толкоз, щото методите не са директни. Всъщност charge трансфера е директен, ама няма как да го реализирам чисто така че и той ще е неточен. Така че за LC точността вероятно ще е поне 1 порядък по-ниска.

Освен с декадите другия вариант е Q-сорс, аз имам нещо от сорта (keithley 263), но още не съм го ползвал пък и той не е от най-прецизните...